双馈风力发电系统友好并网运行控制策略研究
发布时间：2021-10-12 18:56
随着包括风力发电在内的可再生能源发电系统越来越多地接入电网,可再生能源发电系统对于电网的影响已引起了广泛关注。双馈风力发电机（DFIG）以其自身设备成本低、对变流器容量要求小等优点,已成为目前风力发电中的主流机型。由于DFIG的定子侧与交流电网直接相连,使得这类风机对电网故障十分敏感。电网电压不平衡作为一种最常见的电网故障,会导致DFIG产生大量电流谐波,以及功率和电磁转矩脉动,既影响双馈风电系统的输出电能质量,也会对电机本身的结构造成损伤。目前,不平衡电网下双馈风力发电机的改进控制策略大部分都是基于采用线性控制器的矢量控制策略或直接功率控制策略,而针对非线性控制策略在不平衡电网下的运行状态及改进控制策略的研究还十分有限。另外,由于风力发电具有随机性和间歇性的特点,而目前的双馈风力发电系统基本没有能量存储模块,因而无法实现类似传统同步发电机接入电网时对电网的稳定支撑作用。大规模风力发电接入电网会导致整个系统的惯性、频率响应特性及电压响应特性降低,电网波动性和不确定性增强,最终导致电网运行的安全风险显著增大。针对以上问题,本文对双馈风力发电系统友好并网运行控制策略展开研究,其“友好并网运...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 风力发电技术概述
1.1.2 双馈风力发电系统的经典结构
1.1.3 双馈风力发电系统所面临的主要问题
1.2 双馈风力发电系统并网运行控制策略研究现状
1.2.1 理想电网下DFIG控制策略研究现状
1.2.2 不平衡电网下DFIG的改进控制策略研究现状
1.2.3 具有主动支撑能力的虚拟同步机控制策略研究现状
1.3 本论文研究内容与主要贡献
第2章 DFIG低复杂度模型预测控制策略研究
2.1 DFIG机组的数学建模
2.1.1 平衡电网下DFIG机组的数学建模
2.1.2 不平衡电网下DFIG机组的数学建模
2.2 理想电网下DFIG的低复杂度模型预测控制策略研究
2.2.1 传统模型预测控制策略
2.2.2 基于单矢量的低复杂度模型预测控制策略
2.2.3 基于双矢量的低复杂度模型预测控制策略
2.2.4 基于三矢量的低复杂度模型预测控制策略
2.2.5 实验验证
2.3 不平衡电网下DFIG的多目标低复杂度模型预测控制策略
2.3.1 统一多目标功率补偿策略研究
2.3.2 不平衡电网下的多目标低复杂度模型预测控制策略
2.3.3 实验验证
2.4 本章小结
第3章 DFIG滑模变结构直接功率控制策略研究
3.1 理想电网下DFIG滑模变结构直接功率控制策略
3.1.1 滑模控制器的基本结构与李雅普诺夫稳定性判据
3.1.2 DFIG的滑模变结构直接功率控制策略
3.2 不平衡电网下DFIG基于谐振控制器的滑模变结构控制策略
3.2.1 不平衡电网对滑模变结构控制策略的影响分析
3.2.2 基于谐振控制器的滑模变结构控制策略
3.2.3 实验验证
3.3 不平衡电网下DFIG基于拓展功率理论的滑模变结构控制策略
3.3.1 拓展功率理论概述
3.3.2 基于拓展功率理论的滑模变结构控制策略
3.3.3 实验验证
3.4 不平衡电网下多种DFIG改进控制策略对比分析
3.5 本章小结
第4章 网侧变流器自同步虚拟同步机控制策略研究
4.1 理想电网下自同步虚拟同步机控制策略
4.1.1 理想电网下网侧变流器的数学建模
4.1.2 网侧变流器的虚拟同步机控制策略
4.1.3 虚拟同步机的自同步并网方法
4.1.4 仿真验证
4.2 不平衡电网下改进自同步虚拟同步机控制策略
4.2.1 不平衡电网下网侧变流器数学建模
4.2.2 不平衡电网对于自同步虚拟同步机控制策略的影响分析
4.2.3 不平衡电网下改进自同步虚拟同步机控制策略
4.2.4 实验验证
4.3 不平衡电网下基于拓展功率理论的多目标虚拟同步机控制策略
4.3.1 适用于网侧变流器的拓展功率理论
4.3.2 基于拓展功率理论的多目标虚拟同步机控制策略
4.3.3 实验验证
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 主要结论与创新点
5.2 后续研究工作展望
参考文献
攻读博士学位期间所取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界可再生能源发展态势[J]. 高慧,杨艳,焦姣,邱茂鑫,刘知鑫,赵旭. 石油科技论坛. 2018(04)
[2]电池储能系统运行控制与应用方法综述及展望[J]. 李相俊,王上行,惠东. 电网技术. 2017(10)
[3]虚拟同步机与自主电力系统[J]. 钟庆昌. 中国电机工程学报. 2017(02)
[4]虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略[J]. 李武华,王金华,杨贺雅,顾云杰,杨欢,何湘宁. 中国电机工程学报. 2017(02)
[5]应用于光伏微网的一种虚拟同步发电机结构及其动态性能分析[J]. 王振雄,易皓,卓放,孙力,裴云庆,翟灏,吴嘉琪. 中国电机工程学报. 2017(02)
[6]虚拟同步机技术在电力系统中的应用与挑战[J]. 吕志鹏,盛万兴,刘海涛,孙丽敬,吴鸣,李蕊. 中国电机工程学报. 2017(02)
[7]直流微网系统中混合储能分频协调控制策略[J]. 李武华,徐驰,禹红斌,顾云杰,胡斯登,何湘宁. 电工技术学报. 2016(14)
[8]双向直流变换器控制方法[J]. 陈菲,张方华. 电源学报. 2017(06)
[9]双向全桥DC-DC变换器的负载电流前馈控制方法[J]. 侯聂,宋文胜,武明义. 中国电机工程学报. 2016(09)
[10]能源革命:从化石能源到新能源[J]. 邹才能,赵群,张国生,熊波. 天然气工业. 2016(01)
博士论文
[1]双馈风电机组直接谐振与无锁相环运行控制研究[D]. 程鹏.浙江大学 2016
[2]分布式电源的虚拟同步发电机控制技术研究[D]. 孟建辉.华北电力大学 2015
[3]不平衡及谐波电网下双馈风力发电系统控制技术[D]. 宋亦鹏.浙江大学 2015
[4]电励磁直驱风力发电机并网控制技术研究[D]. 赵新.北京交通大学 2014
[5]感应电机风电机组全功率变流器控制和优化[D]. 王鹏.上海交通大学 2014
[6]永磁同步电机调速系统滑模变结构控制若干关键问题研究[D]. 张晓光.哈尔滨工业大学 2014
[7]双馈风电变流器的谐振控制技术研究[D]. 徐海亮.浙江大学 2014
[8]基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题研究及应用[D]. 齐亮.华东理工大学 2013
[9]直驱永磁风力发电机组数学模型及并网运行特性研究[D]. 祝贺.沈阳工业大学 2013
[10]大型低速永磁风力发电机的设计研究[D]. 佟文明.沈阳工业大学 2012
硕士论文
[1]虚拟同步发电机的同步频率谐振机理和阻尼抑制[D]. 王金华.浙江大学 2016
[2]基于混合储能的直流微电网电压控制研究[D]. 文波.太原理工大学 2015
[3]基于虚拟同步发电机的风力发电系统接口特性的研究[D]. 王克.华北电力大学 2015
[4]双向DC/DC变换器的控制方法研究与设计[D]. 孙亚.哈尔滨工程大学 2014
[5]微网逆变器虚拟同步发电机控制策略的分析与验证[D]. 郑晓明.燕山大学 2013
[6]变速恒频双馈风力发电机矢量控制研究[D]. 白廷玉.华北电力大学（河北） 2008
本文编号：3433127
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 风力发电技术概述
1.1.2 双馈风力发电系统的经典结构
1.1.3 双馈风力发电系统所面临的主要问题
1.2 双馈风力发电系统并网运行控制策略研究现状
1.2.1 理想电网下DFIG控制策略研究现状
1.2.2 不平衡电网下DFIG的改进控制策略研究现状
1.2.3 具有主动支撑能力的虚拟同步机控制策略研究现状
1.3 本论文研究内容与主要贡献
第2章 DFIG低复杂度模型预测控制策略研究
2.1 DFIG机组的数学建模
2.1.1 平衡电网下DFIG机组的数学建模
2.1.2 不平衡电网下DFIG机组的数学建模
2.2 理想电网下DFIG的低复杂度模型预测控制策略研究
2.2.1 传统模型预测控制策略
2.2.2 基于单矢量的低复杂度模型预测控制策略
2.2.3 基于双矢量的低复杂度模型预测控制策略
2.2.4 基于三矢量的低复杂度模型预测控制策略
2.2.5 实验验证
2.3 不平衡电网下DFIG的多目标低复杂度模型预测控制策略
2.3.1 统一多目标功率补偿策略研究
2.3.2 不平衡电网下的多目标低复杂度模型预测控制策略
2.3.3 实验验证
2.4 本章小结
第3章 DFIG滑模变结构直接功率控制策略研究
3.1 理想电网下DFIG滑模变结构直接功率控制策略
3.1.1 滑模控制器的基本结构与李雅普诺夫稳定性判据
3.1.2 DFIG的滑模变结构直接功率控制策略
3.2 不平衡电网下DFIG基于谐振控制器的滑模变结构控制策略
3.2.1 不平衡电网对滑模变结构控制策略的影响分析
3.2.2 基于谐振控制器的滑模变结构控制策略
3.2.3 实验验证
3.3 不平衡电网下DFIG基于拓展功率理论的滑模变结构控制策略
3.3.1 拓展功率理论概述
3.3.2 基于拓展功率理论的滑模变结构控制策略
3.3.3 实验验证
3.4 不平衡电网下多种DFIG改进控制策略对比分析
3.5 本章小结
第4章 网侧变流器自同步虚拟同步机控制策略研究
4.1 理想电网下自同步虚拟同步机控制策略
4.1.1 理想电网下网侧变流器的数学建模
4.1.2 网侧变流器的虚拟同步机控制策略
4.1.3 虚拟同步机的自同步并网方法
4.1.4 仿真验证
4.2 不平衡电网下改进自同步虚拟同步机控制策略
4.2.1 不平衡电网下网侧变流器数学建模
4.2.2 不平衡电网对于自同步虚拟同步机控制策略的影响分析
4.2.3 不平衡电网下改进自同步虚拟同步机控制策略
4.2.4 实验验证
4.3 不平衡电网下基于拓展功率理论的多目标虚拟同步机控制策略
4.3.1 适用于网侧变流器的拓展功率理论
4.3.2 基于拓展功率理论的多目标虚拟同步机控制策略
4.3.3 实验验证
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 主要结论与创新点
5.2 后续研究工作展望
参考文献
攻读博士学位期间所取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界可再生能源发展态势[J]. 高慧,杨艳,焦姣,邱茂鑫,刘知鑫,赵旭. 石油科技论坛. 2018(04)
[2]电池储能系统运行控制与应用方法综述及展望[J]. 李相俊,王上行,惠东. 电网技术. 2017(10)
[3]虚拟同步机与自主电力系统[J]. 钟庆昌. 中国电机工程学报. 2017(02)
[4]虚拟同步发电机的功率动态耦合机理及同步频率谐振抑制策略[J]. 李武华,王金华,杨贺雅,顾云杰,杨欢,何湘宁. 中国电机工程学报. 2017(02)
[5]应用于光伏微网的一种虚拟同步发电机结构及其动态性能分析[J]. 王振雄,易皓,卓放,孙力,裴云庆,翟灏,吴嘉琪. 中国电机工程学报. 2017(02)
[6]虚拟同步机技术在电力系统中的应用与挑战[J]. 吕志鹏,盛万兴,刘海涛,孙丽敬,吴鸣,李蕊. 中国电机工程学报. 2017(02)
[7]直流微网系统中混合储能分频协调控制策略[J]. 李武华,徐驰,禹红斌,顾云杰,胡斯登,何湘宁. 电工技术学报. 2016(14)
[8]双向直流变换器控制方法[J]. 陈菲,张方华. 电源学报. 2017(06)
[9]双向全桥DC-DC变换器的负载电流前馈控制方法[J]. 侯聂,宋文胜,武明义. 中国电机工程学报. 2016(09)
[10]能源革命:从化石能源到新能源[J]. 邹才能,赵群,张国生,熊波. 天然气工业. 2016(01)
博士论文
[1]双馈风电机组直接谐振与无锁相环运行控制研究[D]. 程鹏.浙江大学 2016
[2]分布式电源的虚拟同步发电机控制技术研究[D]. 孟建辉.华北电力大学 2015
[3]不平衡及谐波电网下双馈风力发电系统控制技术[D]. 宋亦鹏.浙江大学 2015
[4]电励磁直驱风力发电机并网控制技术研究[D]. 赵新.北京交通大学 2014
[5]感应电机风电机组全功率变流器控制和优化[D]. 王鹏.上海交通大学 2014
[6]永磁同步电机调速系统滑模变结构控制若干关键问题研究[D]. 张晓光.哈尔滨工业大学 2014
[7]双馈风电变流器的谐振控制技术研究[D]. 徐海亮.浙江大学 2014
[8]基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题研究及应用[D]. 齐亮.华东理工大学 2013
[9]直驱永磁风力发电机组数学模型及并网运行特性研究[D]. 祝贺.沈阳工业大学 2013
[10]大型低速永磁风力发电机的设计研究[D]. 佟文明.沈阳工业大学 2012
硕士论文
[1]虚拟同步发电机的同步频率谐振机理和阻尼抑制[D]. 王金华.浙江大学 2016
[2]基于混合储能的直流微电网电压控制研究[D]. 文波.太原理工大学 2015
[3]基于虚拟同步发电机的风力发电系统接口特性的研究[D]. 王克.华北电力大学 2015
[4]双向DC/DC变换器的控制方法研究与设计[D]. 孙亚.哈尔滨工程大学 2014
[5]微网逆变器虚拟同步发电机控制策略的分析与验证[D]. 郑晓明.燕山大学 2013
[6]变速恒频双馈风力发电机矢量控制研究[D]. 白廷玉.华北电力大学（河北） 2008
本文编号：3433127
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