弱网下直驱风电LCL型并网变流器研究

【摘要】：风能可以持续循环利用且清洁无污染，是理想的传统化石能源的替代能源。风电场与风电机组多处于偏远地区，须经长传输线接入电网，属弱网工况。弱网下电网等效的阻抗变动将影响并网电流控制，研究风电稳定并弱网具有重要现实意义。直驱风电机组多采用LCL滤波器替代单L滤波器，弱网下LCL的控制策略更为复杂和困难。 首先，研究弱网下LCL的稳定性。稳定是对控制系统最基本的要求，LCL的谐振峰容易导致控制系统不稳定，需要实施相应的有源阻尼策略。有源阻尼主要有基于滤波器有源阻尼和多环路有源阻尼。基于滤波器的有源阻尼，滤波器阻尼特性随着电网等效阻抗变动有可能失效，不适用于弱网。多环路有源阻尼中的离散状态空间反馈有源阻尼，可以针对电网等效阻抗变动灵活配置系统零极点，可以适用于弱网。本文根据系统开环特性提出了极点配置的配置目标，提出了三个约束条件，推导了约束不等式，给出了系统零极点配置的具体方法。 其次，研究弱网下电网谐波抑制策略。在系统稳定的基础上研究电网谐波抑制技术，以提高并网电流电能质量。LCL电网谐波抑制方案主要有基于比例谐振（PR）控制器谐波抑制方案和电网电压前馈谐波抑制方案。基于PR控制器谐波抑制方案，受系统带宽限制，PR控制器容易使系统失稳，不适用于弱网。电网电压前馈谐波抑制方案，不会影响前向通道，不会影响系统稳定性。本文考虑了离散控制系统中采样延时和控制延时，在离散域中推导了电网电压全前馈表达式，分析了其导纳特性。 然后，研究电网电压观测器与系统参数鲁棒性。电网电压观测器观测出电网电压，替代检测不到的电网电压，作为前馈通道的输入。本文阐明了电网电压观测器的原理，给出了电网电压观测器的设计方法，分析了电网电压观测器的弱网适用性。本文分析了阻尼特性、电网电压前馈和系统总体控制的参数鲁棒性。 最后，根据整个控制系统的理论分析结果，进行了仿真分析和实验验证。 【关键词】：弱网 LCL 离散状态空间反馈有源阻尼 离散域电网电压全前馈 电网电压观测器
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究概况11-12
• 1.3 主要研究内容12-15
• 2 弱网下 LCL 稳定性研究15-26
• 2.1 适用于弱网的有源阻尼策略15-19
• 2.2 弱网下离散状态空间反馈零极点配置法19-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 弱网下电网背景谐波抑制策略研究26-37
• 3.1 电网背景谐波抑制策略26-28
• 3.2 弱网下电网背景谐波抑制策略稳定性研究28-36
• 3.3 本章小结36-37
• 4 电网电压观测器与系统参数鲁棒性研究37-46
• 4.1 电网电压观测器37-41
• 4.2 系统参数鲁棒性研究41-45
• 4.3 本章小结45-46
• 5 仿真分析与实验验证46-60
• 5.1 仿真分析46-50
• 5.2 实验验证50-59
• 5.3 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 全文总结60-61
• 6.2 课题展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66

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