基于虚拟同步发电机技术的定子双绕组异步风电系统研究
发布时间：2021-01-25 17:12
风力发电技术是当前新能源发电领域的研究热点之一,近年来正获得快速发展。然而与传统火力发电不同,风速的波动性及间歇性等缺点导致风电大规模并网时会给电网带来不可忽视的负面作用。同步发电机在并网时能够向电网提供良好的电压与频率支撑,若使风力发电机组能够模拟出同步发电机的外特性,则可以有效解决风电并网时存在的问题,这不仅对风电并网技术的发展有重要意义,同样能对其他分布式能源的并网运行起到一定的指导作用。首先对本系统中的新型定子双绕组异步电机（DWIG）进行了介绍,给出其数学模型,分析采用间接定子磁场定向策略下的发电机电压控制机理,使其在功率绕组能够输出稳定高压直流,稳定的直流母线电压是实现高性能并网逆变器的重要前提,为下文风电机组结合储能实现虚拟同步发电机技术打下了基础。储能装置是实现虚拟同步发电机技术的重要组成部分,储能装置的类型、容量大小及控制方式都会对系统输出特性产生较大影响。对比不同类型的储能装置,分析各自特性及应用场合,选择最适合本系统的储能类型;类比同步发电机在参与机组调频时释放的转子动能,设计了本系统储能容量大小;将双向DC/DC变换器的电压外环改为功率外环控制,完成储能与母线能...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 风力发电国内外发展现状
1.3 风电大规模并网存在的问题
1.4 虚拟同步发电机技术国内外研究现状
1.5 几种常见风力发电系统
1.6 本文主要研究内容
第二章 定子双绕组异步发电系统基本理论
2.1 定子双绕组异步发电系统结构
2.2 定子双绕组异步电机数学模型
2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
2.2.2 两相旋转坐标系下的数学模型
2.3 定子双绕组异步发电系统控制理论基础
2.3.1 瞬时功率理论
2.3.2 间接磁场定向
2.3.3 母线电压控制原理
2.4 仿真验证
2.4.1 系统建压仿真
2.4.2 系统突增突减负载仿真
2.5 本章小结
第三章 系统储能装置研究
3.1 储能类型的选择
3.2 超级电容模型及充放电特性
3.2.1 超级电容模型
3.2.2 超级电容充放电方式
3.3 超级电容储能容量设计
3.4 双向DC/DC变换器建模及分析
3.4.1 双向变换器工作原理
3.4.2 双向DC/DC变换器数学模型
3.4.3 双向DC/DC变换器控制策略
3.5 系统仿真
3.5.1 超级电容恒流充电仿真
3.5.2 超级电容放电仿真
3.6 本章小结
第四章 DWIG异步风电系统VSG技术研究
4.1 虚拟同步发电机算法及基本特性
4.2 基于VSG技术的并网逆变器控制器
4.2.1 VSG有功-频率控制器
4.2.2 VSG无功-电压控制器
4.3 基于VSG算法的DWIG风力发电系统仿真
4.3.1 DWIG风电系统正常并网运行仿真
4.3.2 储能装置功率吞吐作用验证
4.3.3 VSG算法对系统输出特性的影响
4.4 本章小结
第五章 DWIG异步风力发电系统实验运行平台
5.1 DWIG控制系统总体结构
5.2 主功率电路结构及设计
5.2.1 IPM的选型及接口电路设计
5.2.2 SEC滤波电感的设计
5.2.3 直流滤波电容的选取
5.2.4 励磁电容的选取
5.3 发电机侧数字控制系统设计
5.3.1 数字控制器整体框架
5.3.2 DSP芯片
5.3.3 A/D采样调理电路
5.3.4 比较保护电路
5.3.5 通信电路
5.3.6 CPLD故障保护
5.4 系统实验
5.4.1 电动测试
5.4.2 系统建压测试
5.4.3 不同转速下发电机输出测试
5.4.4 系统并网实验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间参加的科研项目
攻读硕士研究生期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置[J]. 曾正,邵伟华,冉立,吕志鹏,李蕊. 电力系统自动化. 2015(13)
[2]基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制[J]. 田新首,王伟胜,迟永宁,李庚银,汤海雁,李琰. 电力系统自动化. 2015(05)
[3]关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J]. 薛禹胜,雷兴,薛峰,郁琛,董朝阳,文福拴,鞠平. 中国电机工程学报. 2014(29)
[4]具有同步发电机特性的微电网逆变器控制[J]. 张玉治,张辉,贺大为,苏冰,柴建云. 电工技术学报. 2014(07)
[5]微电网电源的虚拟惯性频率控制策略[J]. 杜威,姜齐荣,陈蛟瑞. 电力系统自动化. 2011(23)
[6]基于LCL滤波器的光伏并网逆变器控制策略[J]. 易映萍,芦开平,王林. 电力自动化设备. 2011(12)
[7]基于虚拟同步发电机的风电场并网控制研究[J]. 王思耕,葛宝明,毕大强. 电力系统保护与控制. 2011(21)
[8]定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化选取[J]. 卜飞飞,黄文新,胡育文,施凯. 电工技术学报. 2011(10)
[9]基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用[J]. 张国驹,唐西胜,周龙,齐智平. 中国电机工程学报. 2011(06)
[10]大规模海上风电场输电方式的探讨[J]. 朱宜飞,陶铁铃. 中国工程科学. 2010(11)
博士论文
[1]定子双绕组感应风力发电系统的关键技术研究[D]. 施凯.南京航空航天大学 2012
[2]抑制风电对电网影响的储能系统优化配置及控制研究[D]. 李军徽.华北电力大学 2012
硕士论文
[1]两级式光伏并网逆变器及其功率解耦研究[D]. 王翀.南京航空航天大学 2010
[2]定子双绕组感应风力发电系统的研究与实践[D]. 王前双.南京航空航天大学 2010
[3]直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术研究[D]. 肖磊.湖南大学 2009
[4]中国风力发电成本研究[D]. 郭全英.沈阳工业大学 2002
本文编号：2999585
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 风力发电国内外发展现状
1.3 风电大规模并网存在的问题
1.4 虚拟同步发电机技术国内外研究现状
1.5 几种常见风力发电系统
1.6 本文主要研究内容
第二章 定子双绕组异步发电系统基本理论
2.1 定子双绕组异步发电系统结构
2.2 定子双绕组异步电机数学模型
2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
2.2.2 两相旋转坐标系下的数学模型
2.3 定子双绕组异步发电系统控制理论基础
2.3.1 瞬时功率理论
2.3.2 间接磁场定向
2.3.3 母线电压控制原理
2.4 仿真验证
2.4.1 系统建压仿真
2.4.2 系统突增突减负载仿真
2.5 本章小结
第三章 系统储能装置研究
3.1 储能类型的选择
3.2 超级电容模型及充放电特性
3.2.1 超级电容模型
3.2.2 超级电容充放电方式
3.3 超级电容储能容量设计
3.4 双向DC/DC变换器建模及分析
3.4.1 双向变换器工作原理
3.4.2 双向DC/DC变换器数学模型
3.4.3 双向DC/DC变换器控制策略
3.5 系统仿真
3.5.1 超级电容恒流充电仿真
3.5.2 超级电容放电仿真
3.6 本章小结
第四章 DWIG异步风电系统VSG技术研究
4.1 虚拟同步发电机算法及基本特性
4.2 基于VSG技术的并网逆变器控制器
4.2.1 VSG有功-频率控制器
4.2.2 VSG无功-电压控制器
4.3 基于VSG算法的DWIG风力发电系统仿真
4.3.1 DWIG风电系统正常并网运行仿真
4.3.2 储能装置功率吞吐作用验证
4.3.3 VSG算法对系统输出特性的影响
4.4 本章小结
第五章 DWIG异步风力发电系统实验运行平台
5.1 DWIG控制系统总体结构
5.2 主功率电路结构及设计
5.2.1 IPM的选型及接口电路设计
5.2.2 SEC滤波电感的设计
5.2.3 直流滤波电容的选取
5.2.4 励磁电容的选取
5.3 发电机侧数字控制系统设计
5.3.1 数字控制器整体框架
5.3.2 DSP芯片
5.3.3 A/D采样调理电路
5.3.4 比较保护电路
5.3.5 通信电路
5.3.6 CPLD故障保护
5.4 系统实验
5.4.1 电动测试
5.4.2 系统建压测试
5.4.3 不同转速下发电机输出测试
5.4.4 系统并网实验
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间参加的科研项目
攻读硕士研究生期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置[J]. 曾正,邵伟华,冉立,吕志鹏,李蕊. 电力系统自动化. 2015(13)
[2]基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制[J]. 田新首,王伟胜,迟永宁,李庚银,汤海雁,李琰. 电力系统自动化. 2015(05)
[3]关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J]. 薛禹胜,雷兴,薛峰,郁琛,董朝阳,文福拴,鞠平. 中国电机工程学报. 2014(29)
[4]具有同步发电机特性的微电网逆变器控制[J]. 张玉治,张辉,贺大为,苏冰,柴建云. 电工技术学报. 2014(07)
[5]微电网电源的虚拟惯性频率控制策略[J]. 杜威,姜齐荣,陈蛟瑞. 电力系统自动化. 2011(23)
[6]基于LCL滤波器的光伏并网逆变器控制策略[J]. 易映萍,芦开平,王林. 电力自动化设备. 2011(12)
[7]基于虚拟同步发电机的风电场并网控制研究[J]. 王思耕,葛宝明,毕大强. 电力系统保护与控制. 2011(21)
[8]定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化选取[J]. 卜飞飞,黄文新,胡育文,施凯. 电工技术学报. 2011(10)
[9]基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用[J]. 张国驹,唐西胜,周龙,齐智平. 中国电机工程学报. 2011(06)
[10]大规模海上风电场输电方式的探讨[J]. 朱宜飞,陶铁铃. 中国工程科学. 2010(11)
博士论文
[1]定子双绕组感应风力发电系统的关键技术研究[D]. 施凯.南京航空航天大学 2012
[2]抑制风电对电网影响的储能系统优化配置及控制研究[D]. 李军徽.华北电力大学 2012
硕士论文
[1]两级式光伏并网逆变器及其功率解耦研究[D]. 王翀.南京航空航天大学 2010
[2]定子双绕组感应风力发电系统的研究与实践[D]. 王前双.南京航空航天大学 2010
[3]直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术研究[D]. 肖磊.湖南大学 2009
[4]中国风力发电成本研究[D]. 郭全英.沈阳工业大学 2002
本文编号：2999585
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2999585.html
