电网电压不平衡且谐波条件下双馈风电系统运行与控制研究

发布时间：2018-03-31 22:10

本文选题：风力发电　切入点：双馈感应发电机　出处：《重庆大学》2014年硕士论文

【摘要】：双馈感应发电机(DFIG)以其诸多优越的运行性能在大型变速恒频风力发电系统中得到了广泛的应用，然而双馈感应风力发电机组定子侧与电网直接相连接的结构决定了其对于电网扰动特别敏感，使其在应对电网电压谐波条件下以及电网电压不平衡与谐波畸变共存的电网条件下的运行存在较大缺陷。因此，如何进一步提高DFIG系统在电网电压谐波条件下以及电网电压不平衡与谐波畸变共存的电网条件下的安全运行能力已成为当前研究的热点。受动态电压恢复器的启发而提出的基于串联网侧变换器的新型双馈感应风力发电系统具有定子电压灵活可控的特性，该系统能够实现零电压穿越运行，具有优良的低电压穿越(LVRT)能力，国内也已有学者就基于串联网侧变换器的双馈感应风力发电系统在电网电压不平衡及电网故障下的运行与控制展开了深入的研究，但对于电网电压谐波条件下以及电网电压不平衡与谐波畸变共存的电网电压条件下该拓扑结构的双馈感应风电系统的运行与控制国内外鲜有研究。本文针对基于串联网侧变换器的新型DFIG系统，对其在电网电压谐波条件下及电网电压不平衡且谐波畸变条件下的运行与控制展开了深入的研究，论文的主要研究内容包括： 1)建立了基于串联网侧变换器的DFIG系统的数学模型。在此模型基础上，提出了电网电压正常时适用于该系统的稳态控制策略，并通过仿真验证了所提稳态控制策略的正确性和可行性。仿真结果表明基于串联网侧变换器的DFIG系统具有与传统双馈风电系统相同控制效果，为进一步研究基于串联网侧变换器的DFIG系统在电网电压谐波条件下及电网电压不平衡与谐波畸变共存的电网条件下的运行与控制奠定了基础。 2)分析了基于串联网侧变换器的DFIG系统在含有5、7次谐波电压的电网电压条件下的运行行为，并从抑制电网电压谐波对DFIG机组的影响以及提高整个DFIG系统运行性能的角度出发，研究和提出了该电网条件下适用于基于串联网侧变换器的DFIG系统的2种增强运行能力控制方案(系统输出有功和无功功率同时无6倍频波动、系统无谐波电流注入电网)。针对所提实现整个系统输出有功和无功功率同时无6倍频波动的控制方案，详细推导了该控制方案下并联网侧变换器能向电网提供无功功率的极限。仿真结果表明：本文所提的控制方案在确保发电机的对称稳定运行的同时亦可实现整个系统输出有功和无功功率同时无6倍频波动，或整个系统无谐波电流注入电网2种不同运行功能，有效改善了DFIG系统在电网电压谐波条件下的整体运行性能及所并电网的稳定性；对于所提实现整个系统输出有功和无功功率同时无6倍频波动的控制方案，所提推导无功极限的方法能够准确获得该电网条件下并联网侧变换器在不过流条件下的无功输出极限。 3)针对并网点电压不平衡且同时含有5、7次谐波电压的电网条件，在深入分析此电网条件下基于串联网侧变换器的DFIG系统运行行为的基础上，研究和提出了该电网条件下适用于基于串联网侧变换器的DFIG系统的3种增强运行控制方案(系统输出有功功率无2倍、6倍频波动、系统输出无功功率无2倍、6倍频波动、系统输出电流保持平衡无畸变)。从并联网侧变换器电流容量对所提控制方案控制效果影响的角度出发，提出并联网侧变换器计算参考电流指令在其电流最大值下的分配原则及分配后的参考电流指令。仿真结果表明：本文所提的控制方案在确保发电机的对称稳定运行的同时亦可实现整个系统输出有功或无功功率无2倍、6倍频波动，，或整个系统输出电流保持平衡无畸变3种不同的运行功能；考虑并联网侧变换器电流容量时，其计算参考电流指令按所提分配原则进行分配后，对实现整个系统输出有功或无功功率无2倍、6倍频波动控制方案的控制效果会有所降低。此外，本文以并联网侧变换器正序电流闭环控制为例对控制系统的闭环特性进行了分析，分析结果表明所提控制方案下整个系统可稳定工作。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TM732

【参考文献】