电网谐波环境下双馈风力发电机控制技术研究

发布时间：2017-08-15 15:24

  本文关键词：电网谐波环境下双馈风力发电机控制技术研究

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【摘要】：伴随着我国风电事业如火如茶的发展,我国的风电开发模式也逐渐从单-的“建设大基地,集中并入大电网”走向“集中并入”与“分散式接入”协调发展的多元化模式。分散式风电接入面临的一个巨大问题就是配电网本身较薄弱,谐波、不对称、电压降落、电压闪变等问题突出,因此研究非理想电网条件下风电机组的安全、稳定、高性能运行成为风电研究领域新的具有挑战性且极具现实意义的研究方向。本文以与电网相连的双馈感应发电机(DFIG)在全风速与电网谐波环境下的控制为主线,从理论分析、数学建模、数字仿真三方面进行了系统的研究。(1)研究了全风速时以“额定风速下追踪最大风能、额定定风速上限制机组转速功率不越限”为控制目标的双馈风机控制策略,从变桨、变流协调控制角度阐述了不同发电机控制模式所应具有的不同变桨控制模式。(2)建立了理想电网环境与电网谐波环境下,三相静止abc坐标系与两相旋转dq坐标系下DFIG机侧与网侧变流器(GSC)的精确数学模型。评估了电网谐波对DFIG风电机组运行性能的影响。(3)重点研究了改善电网谐波环境下运行性能的控制策略改进等工作。包括：1)总结归纳现有改善电网谐波环境下运行性能的控制策略,并对比分析其各自特点与优劣性。2)提出谐波环境下考虑转子电压、电流耦合的改进控制策略与实现方法。3)研究了电网谐波环境下改进控制策略中PI与PI-R电流控制器的设计方法,使控制器能对基波与典型谐波产生较大的控制增益。4)基于PSCAD/EMTDC仿真平台,对同一双馈风电机组模型在相同的电网谐波环境下机侧变流器分别采用传统控制策略、未加补偿的P1-R电流控制器控制策略、加入补偿的PI-R电流控制器改进控制策略进行建模仿真,验证了改进控制策略的正确性和有效性。
【关键词】：双馈风力发电机 变流/变桨协调控制 谐波 PSCAD/EMTDC
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9-13
• 1.1.1 我国风力发电的发展与趋势9-10
• 1.1.2 非理想电网环境下风电机组面临的挑战与要求10-11
• 1.1.3 风力发电系统类型11-13
• 1.2 风力发电控制技术研究现状13-16
• 1.2.1 双馈风力发电机的传统控制策略13-14
• 1.2.2 电网谐波环境下双馈风力发电机的控制策略14-16
• 1.3 本文的主要工作16-17
• 第2章 双馈风电机组数学模型与控制技术17-40
• 2.1 风力机特性与模型17-20
• 2.1.1 风力机运行特性18
• 2.1.2 风力机最大风能追踪原理18-20
• 2.2 双馈感应发电机(DFIG)的数学模型20-26
• 2.2.1 三相静止abc坐标系下的数学模型20-23
• 2.2.2 两相同步速旋转dq坐标系下的数学模型23-26
• 2.3 网侧变流器(GSC)数学模型26-28
• 2.3.1 三相静止abc坐标系下的数学模型26-27
• 2.3.2 两相同步速旋转dq坐标系下的数学模型27-28
• 2.4 全风况下双馈风电机组的变流/变桨协调控制策略28-40
• 2.4.1 风电机组全风况运行区域与总体控制方案28-32
• 2.4.2 发电机转速控制模式下的变流/变桨协调控制策略32-33
• 2.4.3 发电机功率控制模式下的变流/变桨协调控制策略33-36
• 2.4.4 发电机转矩控制模式下的变流/变桨协调控制策略36-37
• 2.4.5 仿真验证37-40
• 第3章 电网谐波环境下双馈风力发电机建模40-48
• 3.1 电网谐波环境下双馈型感应发电机(DFIG)动态建模40-46
• 3.1.1 考虑谐波时双馈型感应发电机(DFIG)的电压与磁链方程42-43
• 3.1.2 考虑谐波时双馈型感应发电机(DFIG)的功率与电磁转矩方程43-46
• 3.2 电网谐波环境下网侧变流器(GSC)动态建模46-48
• 3.2.1 考虑谐波时网侧变流器(GSC)的电压方程46
• 3.2.2 考虑谐波时网侧变流器(GSC)的有功、无功功率方程46-48
• 第4章 电网谐波环境下DFIG控制策略48-76
• 4.1 DFIG控制目标48-51
• 4.1.1 目标148-49
• 4.1.2 目标249
• 4.1.3 目标349-50
• 4.1.4 目标450-51
• 4.2 电网谐波环境下DFIG常用控制方法的分类与其不足51-55
• 4.2.1 基于多重旋转dq坐标系下PI电流控制器的控制策略51-52
• 4.2.2 基于dq坐标系下PI-R电流控制器的控制策略52-54
• 4.2.3 两种控制策略的对比54-55
• 4.3 电网谐波环境下DFIG改进控制策略55-62
• 4.3.1 基于多重旋转dq坐标系下PI电流控制器的改进控制策略55-60
• 4.3.2 基于dq坐标系下PI-R电流控制器的改进控制策略60-62
• 4.4 PI与PI-R电流控制器的设计方法62-67
• 4.4.1 PI电流控制器的设计方法62-64
• 4.4.2 PI-R电流控制器的设计方法64-67
• 4.5 仿真验证67-76
• 第5章 结论及展望76-78
• 5.1 论文工作总结76-77
• 5.2 后续工作展望77-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作83-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘其辉;贺益康;赵仁德;;交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制[J];电工技术学报;2008年01期

2 王云飞;王智冬;;内蒙古东部千万千瓦级风电基地开发外送方案[J];能源技术经济;2012年03期

3 何玉林;任海军;金鑫;杨显刚;;基于间接转矩控制的风电机组功率测控平台[J];太阳能学报;2011年02期

4 李丽珍;王浩宇;巩鑫磊;曹露;史学峰;韩震;;分散式接入风电项目环境影响评价要点分析[J];能源与节能;2013年06期

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本文编号：678900