应用双级矩阵变换器的直驱型风力发电系统控制策略研究

双级矩阵变换器（TSMC）由于其输入输出性能优良、可实现能量双向流通、结构紧凑等特点，在变速恒频风力发电中具有巨大的应用价值 。本项目对基于TSMC的直驱永磁同步风力发电系统控制策略展开研究，内容包括：系统建模、TSMC两级协调解耦控制策略、控制算法及低电压运行技术。通过以上内容的研究，达到有效降低TSMC因其拓扑固有特性而存在的两级耦合性、有效提高TSMC直驱风电系统的低压穿越能力、充分利用TSMC的优良特性，实现风电机组的结构和性能优化的目的。研究成果对于促进TSMC在风力发电领域的工程化应用、促进我国直驱型风力发电技术的发展具有重要意义。

本项目对TSMC直驱永磁同步风力发电系统控制策略进行研究。研究内容包括：系统建模、TSMC优化控制、TSMC直驱风力发电系统集成控制策略、最大风能跟踪控制策略、低电压穿越控制策略、功率平滑控制策略等。本项目的主要研究成果：.　　　⑴提出了TSMC直驱型风力发电系统的集成控制策略，该系统将最大风能跟踪、输出功率调节、变速恒频控制、并网控制通过网侧逆变级的集成控制实现，无需降低直流电压波动的功率平衡控制，使系统控制得到简化。.　　　⑵提出了一种新型的TSMC直驱风力发电系统最大风能跟踪（MPPT）优化算法，该MPPT算法在爬山法的基础上，引入中间变量实现对系统风能捕获状态进行判断，通过对逆变侧有功功率分阶段控制，实现了系统最大风能快速准确追踪。.　　　⑶提出了TSMC直驱风电系统的低压穿越控制策略：通过将多余能量转换为发电机转子动能的方法来限制电网电压跌落时发电机输出的有功功率，并通过TSMC逆变级控制向电网提供无功功率支持。所提控制策略有效提高了TSMC直驱风电系统的低电压穿越能力。.　　　⑷在对风电机组稳定性进行分析的基础上，针对现有功率平滑控制中存在的功率平滑性和系统稳定性之间的矛盾，提出一种利用模糊控制器对TSMC逆变级给定功率自修正的有功功率平滑控制策略。该方法兼顾风电机组输出有功功率的平滑性、风能利用率和风电机组的稳定性，能够保证风电机组在风速下降较快的情况下稳定运行。. 本项目研究成果对于提高TSMC直驱风电系统的效率、提高系统电网电压跌落故障下的安全运行能力、优化风电系统功率控制及并网性能具有重要意义，达到了充分利用TSMC的优良特性，实现风电机组的结构和性能优化的目的。研究成果对于促进TSMC在风力发电领域的工程化应用具有一定意义。