含储能的大型风力电场自启动控制策略研究
发布时间：2022-01-08 03:17
当发生电网大范围停电事故时,需要尽快通过黑启动使电网恢复正常工况。通常来说水力发电场是承担电网黑启动电源的理想选择,但我国部分地区水资源匮乏,而风能资源相对丰富,可以选用风力发电作为黑启动电源。由于风电机组本身并不具备自启动能力,需要为风电场配置大容量电池储能装置,从而实现自启动。含储能的大型风电场进行自启动时,需要对电力设备进行空载充电,而空载充电时会不可避免的产生一定的过电流、过电压问题,可能会导致风电场的自启动失败进而导致黑启动无法进行。同时自启动完成后并网并带动其它电场启动时,电网中的发电容量不大,且电网结构不稳定,电网处于一个弱电源、弱联系的状况,其它机组与负荷的投入会使系统存在一定的扰动,多频段的功率振荡问题无法避免。这些问题都可能导致黑启动失败,电网无法及时恢复。如果能发挥储能装置的功率响应快速、控制方便等优势,能够有效提高风电场自启动的安全性与可靠性,同时可以对弱电网中存在的多频段振荡的进行阻尼控制。本文主要进行以下研究:（1）分析和建立永磁直驱风电机组以及储能装置的数学模型。基于MATLAB/Simulink建立风电机组的仿真模型,包括机械部分模块、电气部分模块以及控...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1双馈风电机组的基本结构
第二章含储能的永磁直驱风电场的建模9p164312252wtbwtpw1327181=/exp/2.51//1CccccacacaRnVaacaca(2-2)式中c1~c8—风轮的气动特性相关系数，一般为常数；np—空气密度。2.2.2永磁同步电机的数学模型为了便于永磁同步电机的分析和建模，假定如下：1)不考虑磁饱和状况，假设铁心的导磁系数是固定常数；2)三相绕组对称；3)定子磁势的空间分布符合正弦规律；4)不考虑谐波问题；5)数学模型采用电动机惯例。永磁同步电机的定子、转子空间分布如图2-2所示，其中转子为永磁体，定子绕组以转子为中心三相对称分布。当转子逆时针旋转时，定子绕组中将产生三相正序的正弦电压。基于以上定义，永磁同步电机发电时的电压、磁链、电磁转矩和机械运动的状态方程可以分别表示为：图2-2永磁同步电机定子、转子的空间分布图(1)电压方程：ddsdqeqqsqde==duRidtduRidt(2-3)
第二章含储能的永磁直驱风电场的建模11其中e=t为转子位置角。图2-3转子磁链的定向矢量图由式(2-2)、(2-3)可推导出电流的表达式为：dddsdeqqqqqsqeddsdiLuRiLidtdiLuRiLiEdt(2-7)其中，空载电势满足关系sefE。由(2-4)、(2-5)，可得到电磁转矩方程，考虑永磁同步电机一般为面贴式，其各相绕组的电感一致，即Ld=Lq，电磁转矩方程为：epfq3=2Tni(2-8)而永磁同步电机中的磁链f是由永磁体产生的恒定常数，因此电磁转矩eT仅与电流的q轴分量qi相关。所以转子磁链矢量控制一般让定子电流用来产生电磁转矩，即iq=is，id=0，这种控制方法即为id=0控制。由此获得永磁同步电机的控制方程：dsdeqqqsqeddef==uRiLiuRiLi(2-9)为了使实际输出电流能够较好的跟踪指令电流，加入PI调节，引入反馈控制量，获得系统控制方程如下：**dsdeqqpddidd**qsqeddefpqqiqq==uRiLiKiiKiidtuRiLiKiiKiidt(2-10)式中Kp、Ki—电流环的比例、积分系数。永磁直驱发电机的电磁功率eP可以表达为：eeeP=T(2-11)由式(2-9)~(2-11)分析可知，确定q轴电流指令可以直接控制电机的转速，同时
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线性二次型最优控制理论的多频段高压直流附加阻尼控制器设计[J]. 赵磊,邹云峰,邓君华,徐超,王德玉. 科学技术与工程. 2018(13)
[2]直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究[J]. 徐衍会,曹宇平. 电网技术. 2018(05)
[3]基于序阻抗的直驱风电场次同步振荡分析与锁相环参数优化设计[J]. 张冲,王伟胜,何国庆,李光辉,汪海蛟,田元冶. 中国电机工程学报. 2017(23)
[4]基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析[J]. 宋瑞华,郭剑波,李柏青,周佩朋,杜宁,杨大业. 中国电机工程学报. 2017(16)
[5]直驱风机变流控制系统对次同步频率分量的响应机理研究[J]. 李景一,毕天姝,于钊,张鹏,肖仕武. 电网技术. 2017(06)
[6]新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其对策研究[J]. 李明节,于钊,许涛,贺静波,王超,谢小荣,刘纯. 电网技术. 2017(04)
[7]电力系统次同步谐振/振荡的形态分析[J]. 谢小荣,王路平,贺静波,刘华坤,王超,占颖. 电网技术. 2017(04)
[8]大规模风电场并网系统次同步振荡研究综述[J]. 王伟胜,张冲,何国庆,李光辉,张剑云,汪海蛟. 电网技术. 2017(04)
[9]基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略[J]. 汤奕,戴剑丰,冯祎鑫,王琦,徐钢,杜先波. 电力系统自动化. 2017(03)
[10]选相抑制1000kV线路合闸过电压的仿真研究[J]. 舒胜文,刘畅. 电气技术. 2016(01)
博士论文
[1]储能型风电场作为电网黑启动电源的控制技术研究[D]. 刘力卿.华北电力大学(北京) 2017
[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]电池储能功率调节系统及其控制策略研究[D]. 陈忠.合肥工业大学 2014
[4]复杂电力系统脆弱性评估方法研究[D]. 谭玉东.湖南大学 2013
[5]微网系统并/离网特性与控制策略研究[D]. 黄杏.北京交通大学 2013
[6]基于矩阵摄动理论的微电网小扰动稳定性分析[D]. 李琰.天津大学 2013
[7]电池储能系统及其在风—储孤网中的运行与控制[D]. 彭思敏.上海交通大学 2013
[8]电力系统黑启动与网架重构优化技术研究[D]. 钟慧荣.华北电力大学 2012
硕士论文
[1]大容量交流变压器励磁涌流及其抑制措施研究[D]. 滕文涛.华北电力大学(北京) 2017
[2]智能电网环境下风电场黑启动技术研究[D]. 冯祎鑫.东南大学 2016
[3]配置储能系统的风电场在局域电网黑启动中的应用研究[D]. 潘道成.华北电力大学 2014
[4]变压器励磁涌流识别和抑制技术的研究[D]. 张严.湖南大学 2014
[5]含多种分布式电源和储能的低压微网系统的暂态建模与仿真[D]. 丁菲.天津大学 2010
[6]基于小波理论的变压器励磁涌流与和应涌流识别的应用研究[D]. 孙何洪.广东工业大学 2008
[7]变压器和应涌流产生机理及其防误动措施的研究[D]. 谷君.华北电力大学（北京） 2007
[8]变压器励磁涌流形成机理以及电流互感器仿真模型研究[D]. 张建松.浙江大学 2005
本文编号：3575792
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1双馈风电机组的基本结构
第二章含储能的永磁直驱风电场的建模9p164312252wtbwtpw1327181=/exp/2.51//1CccccacacaRnVaacaca(2-2)式中c1~c8—风轮的气动特性相关系数，一般为常数；np—空气密度。2.2.2永磁同步电机的数学模型为了便于永磁同步电机的分析和建模，假定如下：1)不考虑磁饱和状况，假设铁心的导磁系数是固定常数；2)三相绕组对称；3)定子磁势的空间分布符合正弦规律；4)不考虑谐波问题；5)数学模型采用电动机惯例。永磁同步电机的定子、转子空间分布如图2-2所示，其中转子为永磁体，定子绕组以转子为中心三相对称分布。当转子逆时针旋转时，定子绕组中将产生三相正序的正弦电压。基于以上定义，永磁同步电机发电时的电压、磁链、电磁转矩和机械运动的状态方程可以分别表示为：图2-2永磁同步电机定子、转子的空间分布图(1)电压方程：ddsdqeqqsqde==duRidtduRidt(2-3)
第二章含储能的永磁直驱风电场的建模11其中e=t为转子位置角。图2-3转子磁链的定向矢量图由式(2-2)、(2-3)可推导出电流的表达式为：dddsdeqqqqqsqeddsdiLuRiLidtdiLuRiLiEdt(2-7)其中，空载电势满足关系sefE。由(2-4)、(2-5)，可得到电磁转矩方程，考虑永磁同步电机一般为面贴式，其各相绕组的电感一致，即Ld=Lq，电磁转矩方程为：epfq3=2Tni(2-8)而永磁同步电机中的磁链f是由永磁体产生的恒定常数，因此电磁转矩eT仅与电流的q轴分量qi相关。所以转子磁链矢量控制一般让定子电流用来产生电磁转矩，即iq=is，id=0，这种控制方法即为id=0控制。由此获得永磁同步电机的控制方程：dsdeqqqsqeddef==uRiLiuRiLi(2-9)为了使实际输出电流能够较好的跟踪指令电流，加入PI调节，引入反馈控制量，获得系统控制方程如下：**dsdeqqpddidd**qsqeddefpqqiqq==uRiLiKiiKiidtuRiLiKiiKiidt(2-10)式中Kp、Ki—电流环的比例、积分系数。永磁直驱发电机的电磁功率eP可以表达为：eeeP=T(2-11)由式(2-9)~(2-11)分析可知，确定q轴电流指令可以直接控制电机的转速，同时
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线性二次型最优控制理论的多频段高压直流附加阻尼控制器设计[J]. 赵磊,邹云峰,邓君华,徐超,王德玉. 科学技术与工程. 2018(13)
[2]直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究[J]. 徐衍会,曹宇平. 电网技术. 2018(05)
[3]基于序阻抗的直驱风电场次同步振荡分析与锁相环参数优化设计[J]. 张冲,王伟胜,何国庆,李光辉,汪海蛟,田元冶. 中国电机工程学报. 2017(23)
[4]基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析[J]. 宋瑞华,郭剑波,李柏青,周佩朋,杜宁,杨大业. 中国电机工程学报. 2017(16)
[5]直驱风机变流控制系统对次同步频率分量的响应机理研究[J]. 李景一,毕天姝,于钊,张鹏,肖仕武. 电网技术. 2017(06)
[6]新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其对策研究[J]. 李明节,于钊,许涛,贺静波,王超,谢小荣,刘纯. 电网技术. 2017(04)
[7]电力系统次同步谐振/振荡的形态分析[J]. 谢小荣,王路平,贺静波,刘华坤,王超,占颖. 电网技术. 2017(04)
[8]大规模风电场并网系统次同步振荡研究综述[J]. 王伟胜,张冲,何国庆,李光辉,张剑云,汪海蛟. 电网技术. 2017(04)
[9]基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略[J]. 汤奕,戴剑丰,冯祎鑫,王琦,徐钢,杜先波. 电力系统自动化. 2017(03)
[10]选相抑制1000kV线路合闸过电压的仿真研究[J]. 舒胜文,刘畅. 电气技术. 2016(01)
博士论文
[1]储能型风电场作为电网黑启动电源的控制技术研究[D]. 刘力卿.华北电力大学(北京) 2017
[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]电池储能功率调节系统及其控制策略研究[D]. 陈忠.合肥工业大学 2014
[4]复杂电力系统脆弱性评估方法研究[D]. 谭玉东.湖南大学 2013
[5]微网系统并/离网特性与控制策略研究[D]. 黄杏.北京交通大学 2013
[6]基于矩阵摄动理论的微电网小扰动稳定性分析[D]. 李琰.天津大学 2013
[7]电池储能系统及其在风—储孤网中的运行与控制[D]. 彭思敏.上海交通大学 2013
[8]电力系统黑启动与网架重构优化技术研究[D]. 钟慧荣.华北电力大学 2012
硕士论文
[1]大容量交流变压器励磁涌流及其抑制措施研究[D]. 滕文涛.华北电力大学(北京) 2017
[2]智能电网环境下风电场黑启动技术研究[D]. 冯祎鑫.东南大学 2016
[3]配置储能系统的风电场在局域电网黑启动中的应用研究[D]. 潘道成.华北电力大学 2014
[4]变压器励磁涌流识别和抑制技术的研究[D]. 张严.湖南大学 2014
[5]含多种分布式电源和储能的低压微网系统的暂态建模与仿真[D]. 丁菲.天津大学 2010
[6]基于小波理论的变压器励磁涌流与和应涌流识别的应用研究[D]. 孙何洪.广东工业大学 2008
[7]变压器和应涌流产生机理及其防误动措施的研究[D]. 谷君.华北电力大学（北京） 2007
[8]变压器励磁涌流形成机理以及电流互感器仿真模型研究[D]. 张建松.浙江大学 2005
本文编号：3575792
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