液压型风力发电机组低电压穿越控制研究

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。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 低电压穿越技术国内外研究现状

1.3 液压型风力发电机国内外发展现状

1.4课题来源及研究意义

1.5 课题主要研究内容

第2章 液压型风力发电机组工作原理及数学模型分析

2.1 液压型风力发电机组工作原理

2.2 风力机数学模型

2.3 液压传动系统数学模型

2.4 励磁同步发电机数学模型

2.5 励磁系统数学模型

2.6 同步发电机特性模型分析

2.7 机组耦合模型分析

2.8 本章小结

第3章 液压型风力发电机组低电压穿越控制方法

3.1 液压传输系统线性化分析

3.2 液压系统能量传输特性分析

3.3 液压系统输出转矩与转速耦合分析

3.4 液压传输系统转矩与转速解耦算法

3.5 低电压穿越控制方法分析

3.6 本章小结

第4章 液压型风力发电机组低电压穿越仿真分析

4.1 仿真平台

4.2 液压传输系统转矩与转速耦合特性仿真分析

4.3 电网故障下液压型机组运行特性仿真分析

4.4 液压型机组低电压穿越仿真分析

4.5 本章小结

第5章 液压型风力发电机组低电压穿越实验研究

5.1 液压型风力发电机组实验平台概述

5.2 电网模拟实验研究

5.3 低电压穿越实验研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢