分布式风力发电交流微网柔性嵌入大电网的控制装置研究

摘要

随着环境污染、能源短缺问题的日益突出，发展可再生能源发电已成为一种必然趋势。超大规模电力系统日益凸显的弊端和局限性充分暴露了电网的脆弱性，因此以可再生能源为主的分布式发电技术将是未来电网发展的重点，如何将可再生能源的分布式发电系统发出的电能高质量的并入电网成为学术界研究的热点。永磁直驱型风力发电系统中采用永磁同步电机发电机组使得系统结构简单，可靠性高，成本低等。微网中的各种可再生能源发电以及用户的新型负荷需要通过电力电子接口进行变换，柔性交流输电技术正是电力电子技术在电网中的应用。风力发电系统要求有很强的调控能力，风力发电技术的进步在很大程度上体现为柔性电力技术的应用，柔性电力技术可以控制系统的无功有功，调节功率因数，提高电能质量同时使配电网运行更加经济、灵活和可靠。
　　 柔性交流输电系统(FACTS)能有效提高电力系统的稳定性。选择STATCOM作为风力发电系统的无功补偿单元。
　　 STATCOM采用二极管钳位型三电平拓扑结构作为并网变流器的主电路结构。以交流微网的稳定运行为出发点，对基于辅助支撑的直流侧的整流装置和直流斩波电路设计进行了研究。根据并网运行风力直驱永磁同步发电机组调速系统，提出并建立了等效的直流发电机升压斩波发电模型。在论述等效的直流发电机升压斩波发电动态过程中，揭示了内在变量间的关系，并根据最大风能捕捉原理，揭示了风力发电机组最大风能跟踪的控制机理，为实现风力发电机组最大风能跟踪控制提供了理论依据。同时介绍了STATCOM在风电场的无功补偿应用，此项研究在交流微网的应用领域具有较强的前瞻性，对今后的探索具有一定的指导性。最后对STATCOM网侧逆变器主电路进行硬件设计，仿真结果表明本文研究开发的网侧变换器能够实现交流微网并网稳定运行。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 能源问题及可再生能源的发展

1．1．2 风力发电技术及其发展概括

1．2 从分布式风力发电到微电网

1．2．1 分布式风力发电

1．2．2 微网概述

1．2．3 微网技术的研究

1．3 风力发电系统的并网及其影响

1．3．1 并网型风力发电系统简介

1．3．2 风电场并网对电网的影响

1．4 柔性交流输电技术发展与应用

1．4．1 柔性交流输电的发展

1．4．2 STATCOM在风力发电中应用现状

1．5 本论文研究的主要内容

第2章 等效的直流发电机模型与最大风能转换控制

2．1 PMSWG系统变流技术及其并网研究

2．1．1 背靠背PWM变换器及其控制策略

2．1．2 不可控整流器结合并网PWM逆变器结构

2．1．3 带BOOST升压的不可控整流的系统结构

2．2 永磁直驱型同步风力发电系统总体结构

2．2．1 等效的直流发电机升压斩波发电模型

2．2．2 等效的直流发电机升压斩波发电动态过程分析

2．3 风力发电机组最大功率跟踪控制

2．3．1 风力机特性

2．3．2 最大功率点跟踪

2．4 本章小结

第3章 STATCOM在风电场中无功补偿的应用

3．1 STATCOM的基本结构

3．2 STATCOM主电路的拓扑结构

3．2．1 STATCOM三电平逆变器拓扑结构及特点

3．2．2 SATCOM并网变换器的工作原理

3．2．3 网侧PWM变换器数学模型

3．3 STATCOM控制策略

3．3．1 STATCOM双闭环控制策略

3．3．2 STATCOM功率调节控制

3．4 本章小结

第4章 STATCOM控制直流侧电容电压的策略

4．1 STTCOM模式下直流侧电压的控制策略

4．1．1 STATCOM直流侧母线电压的控制策略

4．1．2 STATCOM网侧变换器侧控制策略

4．2 中点电压控制策略研究

4．2．1 SVPWM控制法

4．2．2 基于SVPWM控制法改进的中点电压调节

4．3 本章小结

第5章 系统硬件设计与仿真验证

5．1 STTCOM硬件设计

5．2 系统仿真分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢