双馈风力发电系统变流器并网适应性控制研究

发布时间：2017-06-09 21:21

  本文关键词：双馈风力发电系统变流器并网适应性控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双馈风力发电系统的变流器容量是双馈电机的转差率容量,具有体积小、重量轻、损耗低等特点,因此是目前国内外市场上的主流机型。随着风电场规模的扩大,要求并网的双馈风力发电系统必须具备低电压穿越、抵御电网电压不平衡的影响以及无功补偿的能力,即提高双馈风力发电系统并网适应性。本文结合云南电网电力科学研究院“基于PSCAD的风电机组建模技术及并网适应性研究”科研项目,围绕双馈风力发电系统的变流器控制技术进行了较为深入的研究,主要内容如下：双馈风电发电系统数学模型的建立。综合双馈风力发电系统的风速、风力机、双馈感应电机、机侧和网侧变流器等子系统的数学模型,建立了基于定子磁链定向的双馈电机矢量控制策略和基于电网电压定向的网侧变流器矢量控制策略,在PSCAD环境下建立了单机仿真模型,并通过仿真进行了验证。故障时双馈电机暂态分析和低电压穿越能量吸收方案。通过拉普拉斯变换,推导了双馈电机在电网电压跌落至零时的定、转子故障磁链和故障电流解析式,分析了双馈电机在电网对称跌落时的电磁暂态特性,讨论了在电网电压跌落时,DFIG低电压穿越需要解决的问题,即减小转子故障电流来保护机侧变流器,减小直流母线的过电压来保护中间电容。从减少故障恢复时从电网吸收无功功率的大小和避免直流母线电压上升的角度推导了Crowbar电阻的取值。在PSCAD中从添加外部电路(Crowbar电路和Chopper电路)的角度来实现低电压穿越。电网电压不平衡时变流器的控制策略。在正负序分量分离的基础上,建立了双馈电机在正负序坐标系下的数学模型和瞬时功率模型,得出电网电压不平衡时定子磁链中出现的负序分量是引起电磁转矩、有功功率、无功功率脉动,转子电流畸变,定子电流不对称的根本原因。采用两套控制系统分别控制定子电流的正负序分量,分别实现了机侧变流器抑制定子三相电流不平衡,网侧变流器抑制网侧变流器输出三相电流不平衡的控制目标,并在仿真模型中进行了验证。风电场建模与无功补偿。总结了风电场建模的主要问题和常用的等效方法,以及风电场集群效应对电力系统的正面影响,通过比较用完全聚合法和分群等值法建立的风电场模型得出分群等值法建立的风电场具有较高的准确性。通过改变机侧和网侧变流器的控制策略中功率外环无功分量指令值,使DFIG机侧和网侧变流器具有一定的无功补偿能力,同时介绍了静止无功发生器的基本工作原理和在维持风电场并网点电压稳定性方面的作用,并通过仿真进行了验证。
【关键词】：双馈风力发电系统 低电压穿越 不平衡控制 风电场建模 无功补偿
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 风力发电发展及研究现状12-15
• 1.2.1 风力发电的发展现状12-14
• 1.2.2 双馈风力发电技术的研究现状14-15
• 1.3 本文的研究内容15-16
• 第2章 双馈发电机系统的数学模型和控制策略16-41
• 2.1 馈风力发电系统结构16-17
• 2.2 风力机模型的建立17-20
• 2.2.1 风速模型的建立17-18
• 2.2.2 风力机功率18-19
• 2.2.3 风能利用系数19-20
• 2.3 馈发电机数学模型20-28
• 2.3.1 双馈发电机工作原理分析20-21
• 2.3.2 DFIG的稳态等值电路21-22
• 2.3.3 DFIG在三相静止坐标系下的数学模型22-26
• 2.3.4 DFIG在两相同步旋转坐标系下的数学模型26-28
• 2.4 PWM变流器数学模型28-32
• 2.4.1 网侧变流器数学模型28-32
• 2.4.2 机侧变流器数学模型32
• 2.5 机侧PWM变流器矢量控制策略32-36
• 2.5.1 定子磁链定向控制33-35
• 2.5.2 定子磁链观测35-36
• 2.6 网侧PWM变流器矢量控制策略36-37
• 2.6.1 电网电压定向控制的基本原理36
• 2.6.2 电网电压定向控制36-37
• 2.7 仿真分析37-40
• 2.8 本章小结40-41
• 第3章 电网对称跌落下DFIG的低电压穿越技术41-61
• 3.1 低电压穿越标准41-42
• 3.2 DFIG的电磁暂态特性分析42-50
• 3.2.1 电网故障下DFIG的定子暂态电流43-47
• 3.2.2 电网故障下DFIG的转子暂态电流47-48
• 3.2.3 解析式与仿真模型对比验证48-50
• 3.3 低电压穿越技术实现方案50-52
• 3.3.1 机侧变流器过流保护——Crowbar电路51-52
• 3.3.2 直流电容过压保护——Chopper电路52
• 3.4 Crowbar电阻的选取52-58
• 3.4.1 Crowbar耗能电阻的影响52-53
• 3.4.2 Crowbar耗能电阻取值范围53-56
• 3.4.3 选取Crowbar电阻56-58
• 3.5 仿真分析58-60
• 3.6 本章小节60-61
• 第4章 电网电压不平衡条件下DFIG的控制技术61-74
• 4.1 电网电压不平衡对双馈风力发电系统的影响61-62
• 4.2 DFIG在电网电压不平衡条件下的数学模型62-65
• 4.3 DFIG在电网电压不平衡条件下的瞬时功率模型65-68
• 4.4 电网电压不平衡条件下机侧变流器的控制策略68-70
• 4.5 电网电压不平衡条件下网侧变流器的控制策略70-73
• 4.6 本章小结73-74
• 第5章 风电场等值建模与无功补偿研究74-90
• 5.1 风电场建模74-81
• 5.1.1 风电场建模的主要问题74-75
• 5.1.2 风电场的集群效应75
• 5.1.3 风电场的等值建模方法75-78
• 5.1.4 风电场仿真分析78-81
• 5.2 风电场并网对电压稳定性的影响81-82
• 5.3 无功补偿控制策略82-85
• 5.3.1 机侧变流器无功补偿82-83
• 5.3.2 网侧变流器无功补偿83-85
• 5.4 静止无功发生器SVG85-89
• 5.4.1 SVG的工作原理86-87
• 5.4.2 SVG的控制策略87-88
• 5.4.3 SVG的仿真分析88-89
• 5.5 本章小结89-90
• 结论90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 附录96-99
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目99

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 沈青;;无功补偿在电网中的作用[J];天津电力技术;2000年S1期

2 刘望来,刘丽,梁国艳;用户无功补偿经济效益分析[J];长春工程学院学报(自然科学版);2001年01期

3 郜平;;包头地区电网的无功补偿情况分析[J];内蒙古电力技术;2006年06期

4 张长青;;关于河南省供配电无功补偿的调查及建议[J];河南科技;2009年04期

5 曹法明;;重视乡镇企业的无功补偿[J];大众用电;2010年03期

6 王栋;;完善无功补偿实现节电的几项措施[J];棉纺织技术;2010年04期

7 李金荣;任春艳;;无功补偿的现状与应注意的问题[J];科技风;2010年18期

8 邢宝平;;如何通过无功补偿管理提高企业经济效益[J];科技资讯;2012年04期

9 金济，胡进峰;无功补偿的综合利用[J];青海电力;1995年03期

10 张化良;全国电气标委会无功补偿分委会二届二次会议在杭州召开[J];电力标准化与计量;1996年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邬飙;刘世生;;无功补偿在配电系统中的作用与发展方向[A];2002年晋冀鲁豫鄂蒙川沪云贵甘十一省市区机械工程学会学术年会论文集（河南分册）[C];2002年

2 王秀贞;;浅谈无功补偿与节约能源[A];山东电机工程学会第四届供电专业学术交流会论文集[C];2007年

3 吴德茂;;浅析无功补偿在电力电网中应用[A];2011年安徽省智能电网技术论坛论文集[C];2011年

4 余绍峰;毛航银;张建平;金涌涛;;串并联无功补偿在配网中应用方式的研究[A];2012输变电年会论文集[C];2012年

5 张伟华;杨康;安磊;谢代梁;;配电站监视及智能无功补偿系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

6 李电;;无功补偿与谐波治理[A];2004年电力电容器学会论文集[C];2004年

7 匡立民;;农网改造中的配电网络综合无功补偿[A];安徽省电机工程学会优秀学术论文集（2002-2003）[C];2005年

8 柴冬青;罗辉;李万利;;华聚能源济二分公司无功补偿浅析[A];山东省煤炭学会2006年年会论文集[C];2006年

9 王友齐;;浅谈合理配置无功补偿对降低电力能源消耗的作用[A];第十五届华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术研讨会论文集[C];2007年

10 马国清;;浅谈配网中的无功补偿[A];2007云南电力技术论坛论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报实习记者 曹凯旋;无功补偿大有可为[N];中国电力报;2010年

2 张国勤;无功补偿的原理与原则[N];电子报;2013年

3 本报记者 严寒;配网减耗依赖无功补偿 温州民营企业三大优势占尽先机[N];机电商报;2006年

4 记者 张彤薇;无功补偿,用上节能新方案[N];中国技术市场报;2011年

5 周萍;节能降耗 多种举措见成效[N];国家电网报;2008年

6 唐寅生;无功补偿不尽合理 每年损失电量3亿[N];中国电力报;2003年

7 李青;电网节能看中无功补偿[N];中国电力报;2007年

8 史慧敏　苏望;宁夏公司首个合同能源项目实施[N];国家电网报;2011年

9 济南迪生电子电气有限公司提供;勇担企业社会责任[N];中国电力报;2010年

10 王西训;无功补偿的优化[N];中国电力报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 魏业文;多目标优化磁能再生开关技术及其无功控制应用研究[D];华南理工大学;2015年

2 韩明明;特高压混合无功补偿输电系统开关动作特性研究[D];山东大学;2016年

3 舒泽亮;基于子频带分解的多通道有源电力滤波与无功补偿[D];西南交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 韩小军;油井线路无功功率综合补偿技术的研究[D];中国石油大学(华东);2013年

2 周树高;六字界风电场工程无功补偿分析及电能质量评估[D];广西大学;2014年

3 王浩;风力发电机无功补偿嵌入式调压器的设计[D];华北电力大学;2015年

4 赵文谱;矿热炉无功补偿和谐波抑制的研究[D];西安工程大学;2016年

5 张兴强;基于改进遗传算法的风电场无功补偿优化研究[D];长春工业大学;2016年

6 陈杏灿;TSC无功补偿异步投切中涌流控制的研究与设计[D];广东工业大学;2016年

7 胡羽川;含大规模风电电力系统的无功补偿配置研究[D];华中科技大学;2014年

8 黄辉;双馈风力发电系统变流器并网适应性控制研究[D];西南交通大学;2016年

9 陆心怡;静止无功发生器SVG在农村电网中的应用研究[D];沈阳农业大学;2016年

10 曹伟;利用无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究[D];华南理工大学;2016年

  本文关键词：双馈风力发电系统变流器并网适应性控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：436632