直驱型永磁同步风电机组参与电网频率支撑的研究
发布时间：2021-11-09 22:54
当前主流风电机组为直驱型永磁同步机组与双馈型异步感应机组,相比双馈型机组,直驱型机组省去了齿轮箱,提高了机组的可靠性,减小了机械损耗,提高了发电效率,因此受到越来越多的关注。由于直驱型机组中变流器解耦了发电机与电网,发电机对电网频率变化的响应微乎其微。随着风力发电的快速发展,风力发电在电力系统中的渗透率逐年提高,导致电网等效惯量减小,频率稳定性降低。频率是电能质量的重要指标之一,为了提高电网频率稳定性,本文以直驱型永磁同步风电机组为研究对象,通过风电机组参与电网频率支撑控制,实现增大电网等效惯量之目标,主要工作如下:（1）研究了风电机组正常运行控制策略。分析了风电机组在最大功率点跟踪与限功率两种模式下输出功率与转速的关系,研究了机侧变流器与网侧变流器控制。在Matlab/Simulink中搭建了直驱型永磁同步风电机组正常运行仿真模型,通过仿真验证了控制策略的有效性。（2）研究了常规风电机组参与电网频率支撑控制策略。在风电机组正常运行模式下分别添加惯量控制器与下垂控制器,使风电机组参与电网频率支撑。以电网频率跌落为例,进行了仿真验证与半实物实验验证,仿真与实验均验证了控制策略的有效性。（...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直驱型永磁同步风电机组全功率变流器结构图
式中,ωs为电机的电角速度。根据式(2-7)作出直驱型永磁同步风电机组机侧变流器控制框图如图2-2所示。上图中机侧变流器采用转子磁场定向矢量控制与双闭环控制。通过光电编码器测出电机的转子位置角θs,转子位置角θs对时间t求导后得到转子转速实际值ωs,将转子转速参考值ωs*与实际值ωs作差后送入PI调节器,得到定子电流q轴分量参考值由式(2-6)可知,风电机组电磁转矩Te与定子电流q轴分量isq成正比,所以内环电流控制可以实现对风电机组电磁转矩Te的控制。对定子三相电流进行abc/dq变换,得到定子电流dq轴分量实际值isd、isq。定子电流q轴分量参考值与实际值isq的差值送入PI调节器,输出值与定子电流q轴耦合电压Δusq相加,得到机侧变流器控制电压的q轴分量usq。定子电流d轴分量参考值i*sd设为零,使转子磁链ψf去磁分量为零。定子电流d轴分量参考值i*sd与实际值isd的差值送入PI调节器,输出值与定子电流d轴耦合电压Δusd相加,得到机侧变流器控制电压的d轴分量usd。机侧变流器控制电压的dq轴分量ugd、ugq以及从光电编码器得到的转子位置角θs进行dq/abc变换,通过PWM输出控制机侧变流器的信号,调节风电机组转矩。
网侧变流器采用电网电压定向矢量控制与双闭环控制,控制框图如图2-3所示。直流母线电压参考值v*dc与实际值vdc作差后进入PI调节器,得到网侧电流d轴分量参考值i*gd。网侧三相电流经abc/dq变换后得到网侧电流矢量dq轴分量的实际值igd、igq。网侧电流d轴分量参考值i*gd与实际值igd作差后进入PI调节器,再与d轴耦合电压Δugd求和,得到网侧变流器控制电压的d轴分量vgd,实现电流内环控制。控制变流器只输出有功功率,不输出无功功率,所以控制无功输出的网侧电流q轴分量参考值i*gq为零。网侧电流q轴分量实际值igq与参考值i*gq作差后进入PI调节器,输出值与q轴耦合电压Δugq求和,得到网侧变流器控制电压的q轴分量vgq。网侧变流器控制电压的dq轴分量vgd、vgq以及从锁相环PLL得到的电网电压的电角度θg进行dq/abc变换,通过PWM输出控制网侧变流器的信号,实现直流母线电压的稳定以及对网侧变流器有功功率与无功功率的解耦控制。2.2 风电机组的控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]风电场的建设对环境影响分析[J]. 汪鑫. 湖北农机化. 2019(10)
[2]用于提高双馈风力机低电压穿越能力的超级电容储能容量配置及控制策略研究[J]. 王树军,刘健,赵国良,刘树清,徐硕. 电器与能效管理技术. 2019(09)
[3]基于新型励磁控制的电励磁同步电机飞轮储能系统直接转矩控制[J]. 刘洋. 电工电能新技术. 2019(04)
[4]基于飞轮储能装置的双馈风电机组并网系统联合调频控制研究[J]. 陈斌,范林源,张俊武,王德林,康积涛. 电工技术. 2018(12)
[5]低碳经济背景下中国风力发电跨区并网研究[J]. 张宏,王礼茂,张英卓,牟初夫,方叶兵,杨慧敏. 资源科学. 2017(12)
[6]考虑电网输电能力改善的超导储能装置优化选址定容[J]. 宋柄兵,顾洁. 电力系统及其自动化学报. 2017(11)
[7]基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略[J]. 张冠锋,杨俊友,孙峰,戈阳阳,邢作霞. 电工技术学报. 2017(22)
[8]具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法[J]. 张琛,蔡旭,李征. 中国电机工程学报. 2017(02)
[9]大型海上全直流风场中基于MMC的风力发电变流器及其控制[J]. 常怡然,蔡旭. 中国电机工程学报. 2016(14)
[10]基于混合储能的风电场一次调频控制[J]. 孙鹏,蔡勇,万黎,舒欣,吉小鹏,黄磊. 电网与清洁能源. 2016(02)
博士论文
[1]飞轮储能系统高速永磁同步电动/发电机控制关键技术研究[D]. 张翔.浙江大学 2019
[2]海上波浪能与风能互补发电系统的关键技术研究[D]. 谢典.华北电力大学(北京) 2018
[3]含直驱风电机组的电力系统暂态稳定问题研究[D]. 刘忠义.华北电力大学(北京) 2016
[4]大规模双馈风电场与电网交互作用机理及其控制策略研究[D]. 田新首.华北电力大学(北京) 2016
[5]大功率永磁直驱风力发电系统驱动技术研究[D]. 郭磊磊.合肥工业大学 2016
[6]含潮汐流能和储能的发电系统概率建模及其可靠性评估[D]. 刘明君.重庆大学 2016
[7]基于低碳经济的我国电力行业可持续发展研究[D]. 盖兆军.吉林大学 2015
硕士论文
[1]双馈风力发电系统模糊PI空载并网和最大风能追踪研究[D]. 刘健.哈尔滨理工大学 2019
[2]半直驱永磁同步风电机组建模与控制策略研究[D]. 牛陆陆.东北石油大学 2019
[3]电池储能参与电网辅助调频的控制策略及优化配置研究[D]. 井文辉.哈尔滨工业大学 2018
[4]全功率变换型风电机组支撑电网的控制策略研究[D]. 徐彬.青岛大学 2018
[5]储能参与大规模风电并网系统辅助调频控制方法研究[D]. 毕素玲.湖南大学 2018
[6]永磁直驱风力发电系统的解析仿真[D]. 张若飞.华北电力大学(北京) 2017
[7]考虑大规模风力发电的电力系统静态安全评估[D]. 魏亚运.广东工业大学 2016
[8]永磁同步风力发电系统最大风能追踪控制策略研究[D]. 张涵.广西大学 2016
[9]以能源经济模型为基础的风力发电经济性研究[D]. 岳亘东.华北电力大学(北京) 2016
[10]电池储能应用于大规模风电并网系统辅助调频的需求评估[D]. 周婷婷.湖南大学 2016
本文编号：3486055
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直驱型永磁同步风电机组全功率变流器结构图
式中,ωs为电机的电角速度。根据式(2-7)作出直驱型永磁同步风电机组机侧变流器控制框图如图2-2所示。上图中机侧变流器采用转子磁场定向矢量控制与双闭环控制。通过光电编码器测出电机的转子位置角θs,转子位置角θs对时间t求导后得到转子转速实际值ωs,将转子转速参考值ωs*与实际值ωs作差后送入PI调节器,得到定子电流q轴分量参考值由式(2-6)可知,风电机组电磁转矩Te与定子电流q轴分量isq成正比,所以内环电流控制可以实现对风电机组电磁转矩Te的控制。对定子三相电流进行abc/dq变换,得到定子电流dq轴分量实际值isd、isq。定子电流q轴分量参考值与实际值isq的差值送入PI调节器,输出值与定子电流q轴耦合电压Δusq相加,得到机侧变流器控制电压的q轴分量usq。定子电流d轴分量参考值i*sd设为零,使转子磁链ψf去磁分量为零。定子电流d轴分量参考值i*sd与实际值isd的差值送入PI调节器,输出值与定子电流d轴耦合电压Δusd相加,得到机侧变流器控制电压的d轴分量usd。机侧变流器控制电压的dq轴分量ugd、ugq以及从光电编码器得到的转子位置角θs进行dq/abc变换,通过PWM输出控制机侧变流器的信号,调节风电机组转矩。
网侧变流器采用电网电压定向矢量控制与双闭环控制,控制框图如图2-3所示。直流母线电压参考值v*dc与实际值vdc作差后进入PI调节器,得到网侧电流d轴分量参考值i*gd。网侧三相电流经abc/dq变换后得到网侧电流矢量dq轴分量的实际值igd、igq。网侧电流d轴分量参考值i*gd与实际值igd作差后进入PI调节器,再与d轴耦合电压Δugd求和,得到网侧变流器控制电压的d轴分量vgd,实现电流内环控制。控制变流器只输出有功功率,不输出无功功率,所以控制无功输出的网侧电流q轴分量参考值i*gq为零。网侧电流q轴分量实际值igq与参考值i*gq作差后进入PI调节器,输出值与q轴耦合电压Δugq求和,得到网侧变流器控制电压的q轴分量vgq。网侧变流器控制电压的dq轴分量vgd、vgq以及从锁相环PLL得到的电网电压的电角度θg进行dq/abc变换,通过PWM输出控制网侧变流器的信号,实现直流母线电压的稳定以及对网侧变流器有功功率与无功功率的解耦控制。2.2 风电机组的控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]风电场的建设对环境影响分析[J]. 汪鑫. 湖北农机化. 2019(10)
[2]用于提高双馈风力机低电压穿越能力的超级电容储能容量配置及控制策略研究[J]. 王树军,刘健,赵国良,刘树清,徐硕. 电器与能效管理技术. 2019(09)
[3]基于新型励磁控制的电励磁同步电机飞轮储能系统直接转矩控制[J]. 刘洋. 电工电能新技术. 2019(04)
[4]基于飞轮储能装置的双馈风电机组并网系统联合调频控制研究[J]. 陈斌,范林源,张俊武,王德林,康积涛. 电工技术. 2018(12)
[5]低碳经济背景下中国风力发电跨区并网研究[J]. 张宏,王礼茂,张英卓,牟初夫,方叶兵,杨慧敏. 资源科学. 2017(12)
[6]考虑电网输电能力改善的超导储能装置优化选址定容[J]. 宋柄兵,顾洁. 电力系统及其自动化学报. 2017(11)
[7]基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略[J]. 张冠锋,杨俊友,孙峰,戈阳阳,邢作霞. 电工技术学报. 2017(22)
[8]具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法[J]. 张琛,蔡旭,李征. 中国电机工程学报. 2017(02)
[9]大型海上全直流风场中基于MMC的风力发电变流器及其控制[J]. 常怡然,蔡旭. 中国电机工程学报. 2016(14)
[10]基于混合储能的风电场一次调频控制[J]. 孙鹏,蔡勇,万黎,舒欣,吉小鹏,黄磊. 电网与清洁能源. 2016(02)
博士论文
[1]飞轮储能系统高速永磁同步电动/发电机控制关键技术研究[D]. 张翔.浙江大学 2019
[2]海上波浪能与风能互补发电系统的关键技术研究[D]. 谢典.华北电力大学(北京) 2018
[3]含直驱风电机组的电力系统暂态稳定问题研究[D]. 刘忠义.华北电力大学(北京) 2016
[4]大规模双馈风电场与电网交互作用机理及其控制策略研究[D]. 田新首.华北电力大学(北京) 2016
[5]大功率永磁直驱风力发电系统驱动技术研究[D]. 郭磊磊.合肥工业大学 2016
[6]含潮汐流能和储能的发电系统概率建模及其可靠性评估[D]. 刘明君.重庆大学 2016
[7]基于低碳经济的我国电力行业可持续发展研究[D]. 盖兆军.吉林大学 2015
硕士论文
[1]双馈风力发电系统模糊PI空载并网和最大风能追踪研究[D]. 刘健.哈尔滨理工大学 2019
[2]半直驱永磁同步风电机组建模与控制策略研究[D]. 牛陆陆.东北石油大学 2019
[3]电池储能参与电网辅助调频的控制策略及优化配置研究[D]. 井文辉.哈尔滨工业大学 2018
[4]全功率变换型风电机组支撑电网的控制策略研究[D]. 徐彬.青岛大学 2018
[5]储能参与大规模风电并网系统辅助调频控制方法研究[D]. 毕素玲.湖南大学 2018
[6]永磁直驱风力发电系统的解析仿真[D]. 张若飞.华北电力大学(北京) 2017
[7]考虑大规模风力发电的电力系统静态安全评估[D]. 魏亚运.广东工业大学 2016
[8]永磁同步风力发电系统最大风能追踪控制策略研究[D]. 张涵.广西大学 2016
[9]以能源经济模型为基础的风力发电经济性研究[D]. 岳亘东.华北电力大学(北京) 2016
[10]电池储能应用于大规模风电并网系统辅助调频的需求评估[D]. 周婷婷.湖南大学 2016
本文编号：3486055
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