Boost斬波型直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器運(yùn)行控制.pdf

1、直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、抗電網(wǎng)干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為繼雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之后風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。本文以一種較為常見(jiàn)Boost斬波型直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了全功率變換器的運(yùn)行特性，并提出了相應(yīng)的控制策略。永磁同步發(fā)電機(jī)和電機(jī)側(cè)Boost斬波型變換器屬于強(qiáng)非線性系統(tǒng)，采用普通的PI控制器難以在正常運(yùn)行范圍內(nèi)保證系統(tǒng)性能，且非線性系統(tǒng)PI控制器參數(shù)難于整定。針對(duì)其非線性特性，在適當(dāng)簡(jiǎn)化

2、的基礎(chǔ)上，采用分區(qū)間建模的方法，以功率器件開(kāi)關(guān)信號(hào)占空比為輸入變量，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為輸出變量，建立了發(fā)電機(jī)與變換器整體二階仿射非線性模型；引入微分幾何理論，利用反饋線性化方法，在單區(qū)間內(nèi)將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性系統(tǒng)；根據(jù)線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制器，并利用線性二次型最優(yōu)控制方法對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。經(jīng)仿真驗(yàn)證，基于該控制器的系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。
　　 本文在發(fā)電機(jī)與變換器二階模型基礎(chǔ)上，將發(fā)電機(jī)角位置作為狀態(tài)變量，分區(qū)間建立了

3、三階仿射非線性模型，重新構(gòu)造輸出函數(shù)，以發(fā)電機(jī)角位置作為輸出變量，實(shí)現(xiàn)了單區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)完全輸入.輸出反饋線性化；根據(jù)輸出變量與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)關(guān)系，設(shè)計(jì)閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制器，并利用時(shí)間與絕對(duì)誤差乘積積分指標(biāo)對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行了整定。經(jīng)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于該控制器的系統(tǒng)能夠在較大范圍內(nèi)快速跟蹤參考轉(zhuǎn)速的變化，具有較好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，對(duì)電機(jī)側(cè)Boost斬波型變換器控制策略的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。根據(jù)網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型，以瞬時(shí)功率理論為基礎(chǔ)，詳細(xì)分

4、析了電網(wǎng)電壓平衡和不平衡情況下電網(wǎng)瞬時(shí)功率表現(xiàn)形式，給出了瞬時(shí)功率直流分量和交流分量解析表達(dá)式；基于該表達(dá)式，利用誤差反饋控制原理，針對(duì)不同情況，設(shè)計(jì)了未含不平衡算法的恒頻直接功率控制策略和含不平衡算法的恒頻直接功率控制策略；基于這兩種控制策略的系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，交流側(cè)濾波器參數(shù)易于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，電網(wǎng)電壓平衡時(shí)，基于兩種控制策略的系統(tǒng)均能滿足電網(wǎng)要求，具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能；電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，含不平衡算法的恒頻直接功