风力发电混联接入功率接口控制研究

发布时间：2017-07-30 00:22

  本文关键词：风力发电混联接入功率接口控制研究

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【摘要】：风力发电具有资源丰富、投资灵活、基建周期短、环境效益好等优点,对其进行大规模开发利用已成为世界各国应对能源危机的共同选择。风能的随机性和间歇性特征使得风电并网会出现各种电能质量问题,严重制约风力发电技术的发展。与此同时,电网的一些异常情况也给风电机组的稳定运行带来巨大影响。功率接口作为风力发电并网系统中能量转换和并网控制的关键设备,对其拓扑结构和控制方法进行研究以实现风电友好并网,具有重要的学术意义和实际价值。论文在综述风力发电接入技术及功率接口控制策略的研究现状的基础上,针对直驱型风力发电系统并联接入电网存在电压质量和低压穿越有待改进的问题,探讨一种风力发电混联接入方式,深入研究混联功率接口的拓扑结构、工作原理、数学模型及其在正常和故障运行模式的功能。根据广义谐波理论,详细分析混联接口的电流检测方法和指令电流合成算法,还比较分析了混联接口的两种电压检测方法。综合考虑风力发电系统的联网运行特性和混联接口的功能,改进传统并联接入方式下功率平衡的控制思路,确定系统中各变流器的控制目标。针对机侧变流器的输出控制问题,采用直流侧电容电压为外环、电流为内环的双闭环控制方法,实现直流侧电容电压的稳定。针对网侧变流器的输出控制问题,通过比较两态滞环与三态滞环的工作原理及其开关特性,提出自适应环宽的三态滞环电流控制方法。在Matlab/Simulink软件中搭建风力发电混联接入电网的仿真模型,对所设计的混联接口在不同运行模式下进行仿真分析。理论分析和仿真实验结果表明,所设计的风力发电混联接入功率接口在正常模式下不仅实现风力发电并网,而且复合最大风能追踪和电能质量综合治理功能;在故障模式下能够向电网提供无功支持,通过风电机组转动惯性消纳直流侧部分失衡能量,并且自动脱离最大风能追踪控制减少了风力发电机输出功率,同时串联接口转移直流侧多余能量,使得风电系统的低压穿越性能优越。
【关键词】：风力发电 混联接入 功率接口 广义谐波理论 电能质量调节器 低压穿越
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 风力发电发展历程与前景11-13
• 1.2.1 国内外发展历程与前景11-12
• 1.2.2 风力发电机组主要类型12-13
• 1.3 风力发电接入技术的研究现状与发展前景13-16
• 1.3.1 风力发电接入方式13-14
• 1.3.2 功率接口控制策略14-16
• 1.4 论文主要研究内容及工作安排16-18
• 第二章 风力发电混联接入功率接口拓扑结构与工作原理18-34
• 2.1 混联接口拓扑结构及其运行模式18-23
• 2.1.1 混联接口的主电路拓扑结构18-19
• 2.1.2 混联接口的运行模式19-23
• 2.2 串联网侧变流器的工作原理23-25
• 2.2.1 串联网侧变流器的主电路拓扑结构23
• 2.2.2 串联网侧变流器的工作原理23-25
• 2.3 并联网侧变流器的工作原理25-27
• 2.3.1 并联网侧变流器的主电路拓扑结构25
• 2.3.2 并联网侧变流器的工作原理25-27
• 2.4 风力发电混联接入功率接口的数学模型27-32
• 2.4.1 机侧变流器的数学模型28-29
• 2.4.2 网侧变流器的数学模型29-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 风力发电混联接入功率接口的信号检测方法34-44
• 3.1 广义谐波理论34-36
• 3.1.1 单相电路广义谐波的定义34-35
• 3.1.2 三相电路广义谐波的定义35
• 3.1.3 基于dq0正交变换的广义谐波检测原理35-36
• 3.2 基于广义谐波理论的混联接口信号检测算法36-40
• 3.2.1 并联网侧变流器的电流信号检测36-37
• 3.2.2 串联网侧变流器的电压信号检测37-40
• 3.3 检测算法仿真分析40-43
• 3.3.1 并联网侧变流器电流检测方法仿真分析41-42
• 3.3.2 串联网侧变流器电压检测方法仿真分析42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 风力发电混联接入功率接口的控制研究44-66
• 4.1 风力发电系统联网运行特性44-48
• 4.1.1 风力机特性分析44-45
• 4.1.2 最大风能追踪控制原理45-46
• 4.1.3 风力发电系统功率平衡分析46-48
• 4.2 机侧变流器的双闭环控制策略48-51
• 4.3 网侧变流器的自适应三态滞环控制策略51-60
• 4.3.1 滞环控制基本原理51-54
• 4.3.2 自适应三态滞环控制原理54-56
• 4.3.3 并联网侧变流器的自适应三态滞环控制56-58
• 4.3.4 串联网侧变流器的自适应三态滞环控制58-60
• 4.4 风力发电混联接入系统仿真60-65
• 4.4.1 仿真模型60-61
• 4.4.2 混联接口正常模式仿真分析61-63
• 4.4.3 混联接口故障模式仿真分析63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-76
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文）76-78
• 附录B（攻读学位期间获奖情况）78

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本文编号：591768