电网扰动下直驱式永磁风力发电系统暂态稳定控制

从直驱式永磁风力发电系统运行控制角度出发，深入分析电网扰动下直驱式永磁风力发电系统的运行特性，特别是对称及不对称电网电压跌落时系统的暂态运行特性，阐明电网扰动对直驱式永磁风力发电系统的作用规律和影响机理，探讨决定系统稳定裕度的主要因素；重点研究直驱式永磁风力发电系统暂态稳定控制技术及保护策略，在电网发生故障时保持风电系统与电网的有效连接，提高直驱式永磁风力发电系统在电网故障时的运行可靠性；探讨直驱式风力发电系统的故障穿越运行对电网稳定恢复的作用，研究故障下直驱式永磁风力发电系统的整合调控模式，在实现故障穿越运行的同时对电网提供有效的无功支撑，参与电网集中调度与控制以及暂态稳定性维护，避免电网故障的进一步恶化，以适应风力发电进一步发展的需要，并使我国在该领域的研究达到国际先进水平。

从直驱式永磁风力发电系统稳定运行角度出发，分析了系统不同拓扑结构变换器工作特性，深入研究了电网电压不平衡扰动、电压跌落等情况对系统的作用规律和影响机理，重点研究了上述情况下系统稳定控制技术。针对两电平拓扑结构，建立了不平衡电网电压下网侧变换器数学模型，提出了功率谐振补偿控制策略，引入了无差拍功率控制方法，有效抵抗了电网电压跌落、抑制了网侧电流畸变与直流侧电压波动，提高了系统稳态性能，并保证系统具有快速的动态响应特性。针对三电平拓扑结构，建立了电机侧变换器预测控制价值函数，提出了模型预测电流控制策略，在控制交流侧电流的同时有效平衡了直流侧中点电位；提出了基于滞环原理的网侧变换器改进直接功率控制方法，结果表明该方法在稳态和动态过程中对无功功率的有效控制和对有功功率的快速跟踪都优于传统方法，并能有效抵抗电压跌落。针对矩阵变换器-永磁同步电机拓扑结构，建立了全面的系统微分方程模型，分析了稳定边界的功率特性及系统参数对稳定运行区域的影响，为控制器设计奠定了基础；针对电网扰动影响及系统本身强非线性等问题，提出一种基于内模控制原理的新型控制策略，进行转速、电流控制器结构和参数重构，增强了系统对参数变化的鲁棒性；为抑制电网电压不平衡对矩阵变换器的影响，本项目通过将输入电流动态调制方法应用于双电压调制策略，达到同时改善输入、输出波形质量的目的；此外，本项目设计了滑模变结构电流控制器，有效地抑制了电机电流的波动，且控制器参数调节简单，具有较强的全局鲁棒性。针对多重化拓扑结构，本项目提出一种新型电机侧级联Boost斩波变换器结构，拓展了发电机调速范围；针对不平衡电网电压引起的扰动，本项目建立了网侧多重化变换器统一的开关电路等效模型，提出了一种基于比例谐振控制器的电压电流双闭环控制策略，该策略不仅兼顾了集成控制的优点，而且通过增加均压补偿控制环有效抑制了线电流负序分量。本项目的研究成果能够在电网扰动、系统参数变化、电压跌落等情况下增强直驱式永磁风力发电系统运行稳定性，为不同拓扑结构变换器及控制策略的设计提供了借鉴性思路。