摘要
由于近几十年来化石能源的大规模使用，全球气候变暖，大气污染等问题日益严重，风能作为清洁能源的一种，受到了广泛的关注。目前在实际应用中，永磁同步电机与双馈电机占据了商业风力发电机的大部分份额。无刷双馈感应发电机(BrushlessDoubly-FedInductionGenerator,BDFIG)相较于永磁同步电机和双馈电机，具有其独一无二的优点，使得其在风力发电领域的应用研究日益受到重视，并在低电压故障穿越领域取得了大量的研究成果。分析表明由于BDFIG的特殊结构，使得其可以通过控制策略的设计在不附加任何硬件设施的基础上实现电压100%跌落的低电压故障穿越。但是，关于风电机组的高电压故障穿越问题，我国国标对其提出的要求较晚，高电压故障穿越尤其是不对称高电压故障穿越目前较少见到研究报导。本文在课题组研究成果的基础上，进行了BDFIG不对称高电压故障穿越问题的研究，主要研究内容如下： 1.提出了一种改进的间接功率控制的BDFIG机侧变流器不对称高电压故障穿越控制策略。 分析了不对称电压骤升时BDFIG控制绕组侧电流的暂态过程，推导结果表明即使在最严峻的时刻发生故障，控制绕组电流也不会超过IGBT的耐受值，因此可按照国标要求将控制功率绕组基波正序有功功率及无功功率的输出作为BDFIG不对称高电压故障穿越的控制目标。推导了不对称高电压故障后BDFIG功率绕组有功及无功功率的表达式。在保证基波正序功率输出满足国标的基础上提出了抑制故障期间功率绕组无功二倍频波动及转矩二倍频的强化控制目标。将功率绕组的输出功率分离为直流分量与二倍频分量，通过不同的控制目标构造出故障期间控制绕组磁链的数学模型，在间接功率控制系统的基础上，分别对磁链的直流分量与二倍频分量进行控制，并采用R谐振器实现对无功或转矩二倍频波动的控制，仿真结果验证了该方法的有效性。该方法无需旋转坐标变换，控制系统结构简单。仿真结果验证了该控制策略的有效性。 2.研究了不对称电压骤升期间BDFIG网侧变流器的控制策略。 分析了不对称电压骤升条件下网侧变流器的运行状况，指出在不对称故障期间可以通过改变无功给定或抬升直流母线电压防止控制系统失控。针对不对称电压条件下网侧变流器采用对称控制系统时直流母线电压存在二倍频波动的问题，在双dq坐标系中建立了不对称电压条件下网侧变流器的控制系统，给出了网侧正负序电流给定值的计算矩阵，通过对负序电流的控制解决了直流母线电压存在二倍频波动的问题。 3.提出了网侧与机侧变流器协同控制的BDFIG不对称高电压穿越控制策略。 在不对称高电压故障期间，网侧变流器采用不对称条件下的控制策略，输出一定的容性直流无功功率，利用控制绕组侧的电压电流计算出网侧变流器有功二倍频的给定来抑制直流母线电压的二倍频波动；机侧变流器采用改进的间接功率控制策略实现对功率绕组输出的基波正序功率以及无功二倍频的控制，仿真结果表明该控制策略可以令BDFIG并网点的基波正序功率满足国标，同时控制绕组无功二倍频以及直流母线电压二倍频也得到了抑制。对于协同控制时直流母线电压的给定值大小对系统控制性能的影响进行了研究。 4.完成了部分BDFIG不对称高电压故障实验。 设计了基于阻抗分压原理的不对称高电压故障发生装置，在空载条件下完成了单相与两相电压骤升30%的故障发生实验，结果表明该装置满足国标要求。编写了二倍频分离程序，并在BDFIG实验平台上验证了该程序的有效性。
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