DFIG风电场的VSC-HVDC换流站控制的研究

发布时间：2017-06-06 12:14

  本文关键词：DFIG风电场的VSC-HVDC换流站控制的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了实施可持续发展的国家基本战略,风能作为开发和利用技术较为成熟的可再生能源,得到了大力发展。而由双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)构成的风力发电系统可以实现变速恒频控制,提高了风能的捕获效率和机组容量,得到了越来越广泛的应用。但是风电场的选址往往较偏,远离大城市负荷中心,所以风电的远距离传输和并网显得也越来越重要。而随着全控型电力电子器件制造技术的发展,基于电压源换流器的高压直流输电技术(high voltage direct current transmission based on voltage source converter,VSC-HVDC)得到迅速发展,可以实现有功和无功的解耦控制。但是风能本身的间歇性造成的功率波动和电网本身的扰动对风电并网系统的可靠性和稳定性的影响已经成为风力新能源发电的障碍。为了提高VSC-HVDC系统对DFIG风电场功率波动的适应性,需要对DFIG风电场的VSC-HVDC系统的控制策略进行研究。论文首先介绍了DFIG的工作原理以及基于定子电压定向的矢量控制策略,并建立了三相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下DFIG的数学模型,实现了双PWM变换器的单位功率因数运行和直流母线电压的稳定,同样也实现了对DFIG有功、无功功率的解耦控制;其次,在三相静止坐标系下和两相同步旋转坐标系下建立了VSC-HVDC系统的数学模型,对VSC-HVDC的工作特性进行分析,并对VSC-HVDC系统的换流站级控制方法进行讨论。为了验证理论分析得到的数学模型以及控制策略的正确性,在Matlab/Simulink平台上分别搭建了DFIG模型和两端连接有源网络的VSC-HVDC系统,第二章的仿真结果验证了DFIG的运行特性和矢量控制策略。第四章将模糊免疫PID的控制方法应用于双闭环控制结构的内环电流控制器,并在Matlab/Simulink平台上搭建模型,与传统的经工程整定方法设计的双闭环比例-积分(proportion integration,PI)控制器进行对比,仿真验证所设计的控制器具有更好功率跟踪性能和抗扰性能。最后,在第二章和第四章的基础上,在Matlab/Simulink平台上搭建了DFIG风电场的VSC-HVDC系统模型,用分段控制对第四章设计的控制器进行改进,改善了功率进入稳态后的波形,并且验证了该控制器在DFIG风电场并网的VSC-HVDC系统的有效性,为工程实践提供了一种方案,具有一定的参考价值。
【关键词】：风力发电 柔性直流输电 双馈电机 模糊免疫PID控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 DFIG控制策略的国内外研究现状12
• 1.2.2 VSC-HVDC建模的国内外研究现状12-13
• 1.2.3 VSC-HVDC系统换流站控制策略的国内外研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第二章 DFIG的数学模型及其建模仿真16-33
• 2.1 DFIG的工作原理及数学模型16-23
• 2.1.1 DFIG的工作原理16-19
• 2.1.2 DFIG的数学模型19-23
• 2.2 DFIG的矢量控制策略23-28
• 2.2.1 DFIG的矢量控制策略思路23-24
• 2.2.2 DFIG电机侧变换器的控制策略24-26
• 2.2.3 DFIG电网侧变换器的控制策略26-28
• 2.3 DFIG系统的仿真28-32
• 2.3.1 仿真参数设置29
• 2.3.2 仿真实验及结果分析29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 VSC-HVDC系统的数学模型及其控制原理33-47
• 3.1 VSC-HVDC拓扑结构与数学模型33-37
• 3.1.1 VSC-HVDC拓扑结构与运行机理33-34
• 3.1.2 VSC-HVDC换流站在三相静止abc坐标系下的数学模型34-36
• 3.1.3 VSC-HVDC换流站在两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型36-37
• 3.2 VSC-HVDC系统的基本控制原理37-45
• 3.2.1 VSC-HVDC系统的系统级控制37-39
• 3.2.2 VSC-HVDC系统的换流站级控制39-45
• 3.2.3 VSC-HVDC系统的换流阀级控制45
• 3.3 本章小结45-47
• 第四章 基于模糊免疫PID的VSC-HVDC系统换流站级控制器的设计47-61
• 4.1 模糊免疫PID机理47-51
• 4.1.1 常规PID控制的局限性47
• 4.1.2 模糊PID控制的特点及设计47-49
• 4.1.3 免疫反馈控制算法的特点49-51
• 4.2 基于模糊免疫反馈的VSC-HVDC换流站控制器的设计51-56
• 4.2.1 整流侧换流站内环电流控制器的设计51-55
• 4.2.2 整流侧换流站外环功率控制器的设计55
• 4.2.3 逆变侧换流站控制器的设计55-56
• 4.3 基于模糊免疫反馈的VSC-HVDC系统的仿真56-60
• 4.3.1 参数设置56-59
• 4.3.2 仿真分析59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 分段模糊免疫PID控制器在DFIG风电场的VSC-HVDC系统的应用仿真61-69
• 5.1 VSC-HVDC的DFIG风电场并网方式分类61
• 5.1.1 VSC-HVDC系统的DFIG风电场分散控制并网61
• 5.1.2 VSC-HVDC系统的DFIG风机集中控制并网61
• 5.2 DFIG风电场的VSC-HVDC系统仿真研究61-68
• 5.2.1 仿真参数设置62
• 5.2.2 仿真分析62-68
• 5.3 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-77
• 答辩委员会对论文的评定意见77

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