液压型风力发电机组低电压穿越控制研究

发布时间：2017-09-06 13:47

  本文关键词：液压型风力发电机组低电压穿越控制研究

  更多相关文章： 风力发电 液压传动 低电压穿越 解耦控制 动态面控制 能量耗散 非线性

【摘要】：随着风力机大型化进程的推进,风力发电在电网中所占的比重逐渐增加。为确保大规模风电接入电网后电力系统运行的稳定性、安全性与可靠性,世界各国都相继对风电场/风电机组并网技术提出了严格的规范。其中,低电压穿越是风电机组稳定运行的最大挑战,也是当前风电场接入电网后亟待解决的重要难题。本文以液压型风力发电机组为研究对象,该机组通过定量泵-变量马达闭式液压系统实现风力机到发电机之间的功率传输,减小了机舱重量,提高了发电质量,降低了对电网的冲击。与传统风力发电机组一样,液压型风力发电机组同样需要具备低电压穿越能力。本文针对液压型风力发电机组低电压穿越控制方法展开研究,利用机理建模的方法建立风力机模型、液压传动模型、同步发电机模型和励磁系统模型。考虑机组发电机负载特性与风力机的能量捕获输入,研究机组的状态空间模型,并建立机组耦合数学模型。以机组液压传输系统为研究对象,研究系统非线性,探索系统能量传递与耗散机理,分析系统耦合特性,确定线性化与解耦方法。提出通过比例节流阀开度和变量马达摆角控制液压系统输出转矩和输出转速的低电压穿越控制方法。分别基于动态面控制和能量耗散规律对变量马达摆角和比例节流阀开度控制律进行推导分析,拟实现机组低电压穿越过程中传输功率的快速调整,同时保证发电机稳定工作于工频转速,保持并网运行。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分别对三相电压等幅跌落、两相对地短路故障和单相对地短路故障进行低电压运行仿真分析,得到机组在不同电网故障下的瞬态响应参数及运行特性。以机组低电压运行特性为基础进行仿真分析,对所提出的控制方法进行仿真验证。最后,以燕山大学24kW半物理模拟实验平台为基础,配合电网模拟器模拟低电压穿越的故障形式,对液压型风力发电机组低电压穿越进行实验研究。实验分析电网模拟器的模拟特性,并验证液压型风力发电机组低电压穿越控制方法的可行性。
【关键词】：风力发电 液压传动 低电压穿越 解耦控制 动态面控制 能量耗散 非线性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 课题背景12-17
• 1.1.1 国内外风电发展概况12-14
• 1.1.2 风电接入对电网的影响14-15
• 1.1.3 低电压穿越及其关键问题分析15-16
• 1.1.4 电网故障及分析16-17
• 1.2 低电压穿越技术国内外研究现状17-19
• 1.2.1 传统机型低电压穿越技术17-19
• 1.2.2 液压型机组低电压穿越技术19
• 1.3 液压型风力发电机国内外发展现状19-24
• 1.3.1 液压型风力发电机组国外发展现状19-22
• 1.3.2 液压型风力发电机国内发展现状22-24
• 1.4 课题来源及研究意义24-25
• 1.5 课题主要研究内容25-26
• 第2章 液压型风力发电机组工作原理及数学模型分析26-48
• 2.1 液压型风力发电机组工作原理26-27
• 2.2 风力机数学模型27-28
• 2.3 液压传动系统数学模型28-33
• 2.3.1 定量泵数学模型28-29
• 2.3.2 比例节流阀数学模型29
• 2.3.3 变量马达数学模型29-30
• 2.3.4 液压管路数学模型30-31
• 2.3.5 液压系统输出数学模型31
• 2.3.6 液压传动系统状态空间模型31-33
• 2.4 励磁同步发电机数学模型33-39
• 2.4.1 理想同步发电机34-35
• 2.4.2 abc三相自然坐标系下的同步发电机方程35-36
• 2.4.3 dq0坐标系下的同步发电机方程36-37
• 2.4.4 同步发电机并网运行基本方程37-39
• 2.5 励磁系统数学模型39-44
• 2.5.1 励磁系统对同步发电机端电压影响特性分析40-41
• 2.5.2 励磁系统对同步发电机无功功率影响特性分析41
• 2.5.3 励磁系统数学模型41-44
• 2.6 同步发电机特性模型分析44-45
• 2.7 机组耦合模型分析45-47
• 2.8 本章小结47-48
• 第3章 液压型风力发电机组低电压穿越控制方法48-65
• 3.1 液压传输系统线性化分析48-50
• 3.2 液压系统能量传输特性分析50-53
• 3.2.1 液压系统能量传递模型50-51
• 3.2.2 液压系统能耗分析51-53
• 3.3 液压系统输出转矩与转速耦合分析53-54
• 3.4 液压传输系统转矩与转速解耦算法54-58
• 3.4.1 系统相对增益及耦合性分析55-57
• 3.4.2 解耦控制系统设计57-58
• 3.5 低电压穿越控制方法分析58-64
• 3.5.1 基于能量耗散的比例节流阀控制律规划59-61
• 3.5.2 基于动态面控制的变量马达摆角控制律规划61-64
• 3.6 本章小结64-65
• 第4章 液压型风力发电机组低电压穿越仿真分析65-88
• 4.1 仿真平台65-67
• 4.2 液压传输系统转矩与转速耦合特性仿真分析67-69
• 4.3 电网故障下液压型机组运行特性仿真分析69-78
• 4.3.1 三相电压对称跌落运行仿真分析70-72
• 4.3.2 两相电压接地跌落运行仿真分析72-75
• 4.3.3 单相电压接地跌落运行仿真分析75-78
• 4.4 液压型机组低电压穿越仿真分析78-87
• 4.4.1 三相电压对称跌落低电压穿越仿真分析80-81
• 4.4.2 两相电压接地跌落低电压穿越仿真分析81-84
• 4.4.3 单相电压接地跌落低电压穿越仿真分析84-87
• 4.5 本章小结87-88
• 第5章 液压型风力发电机组低电压穿越实验研究88-101
• 5.1 液压型风力发电机组实验平台概述88-93
• 5.1.1 风力机模拟系统89-90
• 5.1.2 液压传输系统90
• 5.1.3 并网发电系统90-92
• 5.1.4 控制与采集系统92-93
• 5.2 电网模拟实验研究93-96
• 5.2.1 正常电网模拟实验94-95
• 5.2.2 低电压工况模拟实验95-96
• 5.3 低电压穿越实验研究96-100
• 5.4 本章小结100-101
• 结论101-103
• 参考文献103-108
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果108-111
• 致谢111

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