具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口研究

摘要

风能作为清洁无污染、可持续能源，它的应用与普及已受到世界各国的高度重视。但是风电的随机性、波动性和间歇性，造成风电微网并入主网时在接入点注入电压和频率波动、电压闪变、谐波污染等复杂的电能质量扰动，需要对风电微网接入主电网进行电能质量控制。
　　 论文分析了风电微网的电能质量特性，并探讨了相应的改善措施，以全面提高和保障风电微网和主电网高电能质量运行。考虑到并网接口是提高电能质量的一个重要环节，根据风电微网接入主网的并网变流器和电能质量控制装置具有相同拓扑结构，论文深入研究了一种具有电能质量统一控制功能的微网并网的功率接口，并在工作原理、拓扑结构、数学建模、功能和控制方法上进行了分析。
　　 针对接口实现谐波电流抑制、无功电流补偿、电压畸变补偿和风电微网并网。论文在检测算法上深入研究了广义谐波理论，提出了基于广义谐波理论的电压、电流电能质量扰动算法，基于广义谐波理论的电流扰动与风电微网并网有功电流结合算法。在控制算法上，通过对风电系统的功率特性与风力机的运行特性的研究，采用电磁转矩控制实现对风力发电机的最大功率控制也就得到风电微网最大有功电流。输出控制算法则采用三态滞环。由于环滞环宽度固定，开关频率不均匀等问题，通过调节滞环宽度的大小从而改变开关频率的恒频三态滞环实现对具有电能质量统一控制功能的风电微网功率接口的控制。
　　 论文还详细叙述了具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口的部分设计，其中包括主电路参数设计、基于32位浮点单元高性能TM320C28343DSP芯片为核心的硬件设计和软件设计。并用计算机仿真验证了并网功率接口能有效地实现并网功率输送、谐波电流抑制、无功补偿、三相对称、电压稳定和功率支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 风力发电研究现状

1．2．1 国内外风力发电的研究现状

1．2．2 风电发电技术

1．3 风电微网研究

1．3．1 交流微网发展历程与现状

1．3．2 直流微网发展历程与现状

1．3．3 混合微网发展历程与现状

1．4 风电并网功率接口研究

1．4．1 并网功率接口主电路结构研究现状

1．4．2 检测方法研究现状

1．4．3 控制策略研究现状

1．5 论文的主要工作

第二章 风电微网并网运行的电能质量特性分析

2．1 风电微网电能质量特性分析

2．1．1 电压波动和闪变

2．1．2 谐波

2．1．3 电压偏差

2．1．4 频率

2．2 风电电能质量标准与评估

2．2．1 电压波动

2．2．2 电压闪变

2．2．3 谐波

2．2．4 电压偏差

2．2．5 三相不平衡

2．2．6 频率偏差

2．3 电能质量治理

2．4 本章小结

第三章 具有电能质量统一功能的风电微网并网接口主电路研究

3．1 有源电力滤波器与并网逆变器的特征分析

3．2 具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口主电路

3．2．1 整体结构

3．2．2 风力发电机

3．2．3 PWM整流电路

3．2．4 直流斩波电路

3．2．5 直流微网的结构

3．2．6 逆变电路

3．3 具有统一电能质量功能的风电微网数学模型

3．3．1 并联逆变器数学模型

3．3．2 串联逆变器数学模型

3．3．3 直流侧数学模型

3．4 本章小结

第四章 风电微网并网信号检测方法研究

4．1 广义谐波理论

4．1．1 单相电路的广义谐波定义

4．1．2 三相电路的广义谐波定义

4．2 基于广义谐波理论的电能质量扰动信号检测

4．2．1 基于广义谐波理论的电压电能质量扰动信号检测

4．2．2 基于广义谐波理论的电流与有功电流检测

4．3 工作切换模式

4．4 本章小结

第五章 具有统一电能质量功能的风电微网并网控制方法研究

5．1 风电最大功率控制

5．1．1 风电功率特性

5．1．2 风力机运行特性

5．1．3 风电最大功率控制法的种类

5．1．4 永磁同步发电机电磁转子最大功率控制

5．2 输出滞环控制

5．2．1 变频三态滞环控制状态转换关系

5．2．2 恒频三态滞环电流控制

5．3 仿真

5．3．1 仿真模型

5．3．2 仿真结果

5．4 本章小结

第六章 具有统一电能质量功能的风电微网并网接口开发

6．1 直流电容设计

6．2 交流输出侧电感设计

6．3 LC滤波电路的设计

6．4 电力电子器件选择

6．5 控制系统设计

6．5．1 硬件设计

6．5．2 软件设计

6．7 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间参加的相关课题及所获奖励