双馈式异步风力发电机发电过程的建模与仿真研究

发布时间：2017-12-06 09:31

  本文关键词：双馈式异步风力发电机发电过程的建模与仿真研究

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【摘要】：双馈式风力发电机是风力发电发展与研究主流机型之一,由于双馈异步式风电机组(Double Fed Induction Generation,DFIG)的励磁变换器容量小、对整个风力发电机的控制能力弱,故对DFIG双变换器的控制策略研究显得十分重要。本文从基本的微分方程出发,对双馈式异步风力发电系统的各个子系统的数学模型进行了理论推导,建立了理想电网下的DFIG数学模型,并分别对矢量控制(Vector Control,VC)和直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)两种常见控制策略进行了详细研究。因为双馈式异步风力发电机组优良的控制性能主要来自于其网侧变换器和转子侧变换器的协调控制,通过坐标变换对网侧变换器和转子侧变换器的控制系统进行了有功功率和无功功率的有效解耦,为下一步的仿真和分析奠定了基础。基于以上的理论推导,在Matlab/Simulink平台上搭建了1.5MW的DFIG机组仿真模型,研究了在不同控制策略中的电网故障下DFIG机组的动态响应特性,并进行了比较,分析了两种控制策略在相应动态扰动的优劣。仿真结果表明,当风速由低于额定风速上升到额定风速附近时,两种模型都可以良好的模拟出最大风能追踪的过程,从而实现高效利用风能的控制目标。使用DTC方法时的桨距角变化较大,但动态响应较VC更快。当电网发生三相对称跌落和A相接地短路故障时,两种模型都具有一定的防冲击能力,但不能完全抑制转子电流过电压和直流母线过电压,VC和DTC均可以减少有功功率和和无功功率的二倍频波动分量,DTC还可以减少基频波动分量。最后,根据IEC风功率特性曲线测试标准,对使用激光测风雷达代替传统机械测风仪的方法进行了实验,并对某风电场的单台风力发电机组风况进行测量,根据实际运行出力特性数据绘制了该机组的风速-功率特性曲线,证实了该测量方法的可行性。通过Simulink中建立的风力发电单台机组模型仿真结果与实验风功率特性曲线进行比较,验证了模型仿真结果的可信度。为进行双馈风力发电系统的功率控制与预测分析提供依据与参考的同时,大大减少了风速-功率特性曲线绘制的测量周期和测试成本。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315

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