直流并网型双馈异步风力发电系统新型拓扑与控制策略研究

In this project, the system topology and control strategy of Doubly-fed asynchronous induction generator with the DC grid connection by DC grid-side converter is investigated, including the topology and performance assessment of the wind power generation unit and grid connection system, adaptive grid connection theory of DFIG, and control and protection strategy under the DC grid voltage sag. The detailed research content can be described as follows, the system simulation model of the total wind power generation system including DC grid, DFIG, DC grid-side converter and rotor-side converter will be built; the control strategy and adaptive grid connection technique based on the direct voltage control of rotor-side converter and the direct power control of DC grid-side converter; the optimal circuit, parameter design of the DC grid-side protection device under DC grid voltage sag. The project break through the traditional DFIG wind power generation system and DC grid connection method, and put forward the novel solution for high capacity and long distance power transmission, in which the key problem of the transmission and connection of the renewable power can be solved

本项目研究双馈异步风电机组通过直流网侧变流器实现直流并网发电的系统拓扑结构及其控制策略，包括直流并网型风电机组及其并网系统的拓扑结构研究与性能评估；满足直流电网并网要求的双馈风电机组自适应并网机制；直流电网电压跌落故障下安全运行的控制策略和保护措施。具体研究：包括直流电网、双馈异步风力发电机、直流网侧变流器、转子侧变流器在内的完整风电机组的并网系统模型；直流并网下双馈异步风电机组的控制策略研究，基于转子侧变流器直接电压控制、直流电网侧变流器直接功率控制的直流并网下双馈异步风电机组自适应并网技术；直流电网电压跌落故障下直流电网侧快速保护装置优化电路结构及参数设计技术，保护装置最佳投入和切除时刻选择。本项目突破了传统双馈异步风电机组结构及其直流并网方式，提出了双馈风电系统大容量、远距离输电的新型解决方案，以解决大规模可再生能源电力输送及接入系统的关键问题，使我国风电技术研究进入并赶超世界先进

为了改善风电系统的直流并网拓扑、提高直流输电下的风能输送效率，本项目研究双馈异步风电机组通过直流网侧变流器实现直流并网发电的系统拓扑结构及其控制策略，包括直流并网型风电机组及其并网系统的拓扑结构研究与性能评估；满足直流电网并网要求的双馈风电机组自适应并网机制。具体研究：包括直流电网、双馈异步风力发电机、定子侧变流器、转子侧变流器在内的完整风电机组的并网系统模型；从能量传递级数及系统效率、变流器容量需求、风机转速调节范围、双馈风机运行可靠性及对故障的保护等方面对所提双馈风电系统的直流并网拓扑与传统直流并网拓扑进行了对比分析；研究基于定子侧和转子侧变流器的双馈电机直流并网拓扑结构控制策略，提出了一种基于气隙磁链间接定向的控制方法，在全速范围内实现双馈电机的直流发电运行；研究基于定子侧和转子侧变流器的双馈电机直流并网无速度传感器控制策略，提出了一种基于气隙磁链的模型参考自适应的无速度传感器控制方法，有效克服了对电机参数的依赖，提高了控制算法的鲁棒性；研究基于单变流器的双馈电机直流并网控制策略研究，提出一种基于直接谐振控制的方法有效的抑制了电机转矩脉动，提升了在这种拓扑结构下双馈电机稳定运行能力。本项目突破了传统双馈异步风电机组结构及其直流并网方式，提出了基于双变流器的双馈风电系统直流并网拓扑结构和控制方案，有助于解决直流输电下双馈风电系统大容量、远距离输电的问题，使我国风电技术研究进入并赶超世界先进。