基于STATCOM的双馈风电机组低电压穿越控制策略研究

摘要

由于经济的快速发展带来不可避免的环境问题，于是人类将目光投向清洁的可再生能源，并逐渐开发和利用。作为可再生能源之一的风能，因其拥有巨大的存储量和潜能而被世界各国列为能源战略的重要部分。随着风电规模在电网中的比例不断增加，风电机组与电网之间的互相影响也越来越明显。DFIG(Doubly Fed Induction Generator,双馈风力电机)凭借其优点成为目前风力发电的主流机型。但是当电网故障导致网侧电压跌落时，DFIG可能会大面积脱离电网导致电能严重损失。因此，DFIG的LVRT(Low Voltage Ride Through,低电压穿越)的实现成为急需解决的问题。STATCOM(Static Synchronous Compensa,tor,静止同步补偿器)可以动态的向电网注入无功功率抬升电压从而帮助改善DFIG的LVRT，但是其在解耦技术、控制策略等方面的问题有待进一步的研究。
　　研究LVRT的前提是分析DFIG在电网电压出现跌落和恢复时的暂态过程。因此本文首先分析DFIG的基本结构和运行原理，分别建立了其在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。在此基础上，针对网侧发生的不对称故障，分析了当机端电压跌落时DFIG的暂态过程。并选择以转子侧最大峰值电压作为约束条件，分别推导三种不对称故障条件下的最大峰值电压的限值，以此来衡量DFIG的LVRT能力。同时在故障条件下通过MATLAB软件对DFIG的故障响应特性进行仿真。
　　其次本文选择在网侧安装STATCOM来改善DFIG的低电压穿越能力。通过分析STATCOM的基本结构和工作原理建立了相应的数学模型。由于STATCOM实现动态补偿的条件是要快速准确地检测出系统中的无功指令电流，因此针对传统的无功指令电流检测方法在不对称故障条件下存在检测误差的问题，本文提出了一种改进的无功指令电流检测方法。同时由于STATCOM的数学模型中的电流控制存在耦合关系，因此本文采用LADRC(Linear Active Disturbance Rejection Control，线性自抗扰控制)技术来实现STATCOM的电流解耦。并在此基础上分别设计了STATCOM的dq轴电流的LADRC技术，并使用参数化方法整定控制参数，完善了其控制策略。
　　最后通过建立含STATCOM的风电并网系统模型，将本文采用的LADRC技术与传统的PI技术分别用于STATCOM的控制策略中并进行对比仿真。仿真结果表明，LADRC技术具有更好的快速性和鲁棒性，改善了DFIG的低电压穿越能力。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要内容

2 双馈风电机组不对称故障特性分析

2.1 双馈风力发电机的工作原理

2.2 双馈风力发电机的数学模型

2.3 低电压穿越简介

2.4 双馈风电机组不对称故障特性

2.5 双馈风电机组故障特性仿真分析

2.6 小结

3 基于风电系统的STATCOM的控制策略研究

3 .1 STATOOM的工作原理和数学模型

3.2STATOOM的无功电流检测方法

3.3 STATOOM的电流解耦控制

3.4 STATOOM的控制策略

3. 5 小结

4 基于STATOOM的双馈风电机组低电压穿越仿真分析

4. 1 含STATCOM的风电并网系统模型

4.2 应用STATCOM提高低电压穿越能力的仿真研究

4.3 仿真结果分析

4.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果