基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电系统建模与控制研究

摘要

风能是重要的可再生能源，全球风力发电产业和发电技术正快速发展。我国风能资源丰富，风力发电事业也取得了可喜的成绩。变速恒频风力发电技术是当今世界风力发电的主趋势，其成熟技术国内外还在研究当中，特别是大型风力发电机组的变速恒频技术具有重要的研究价值。我国在这项技术方面尚需引进、消化、吸收和自主创新。 本文主要研究变速恒频双馈风力发电系统转子励磁电源控制技术，建立新的控制策略，并进行相关的性能分析。由对变速恒频双馈风力发电系统各数学模型的分析可知，风力机转速允许在较大范围内变化，可以通过控制双馈风力发电机转子励磁电流(或电压)的频率、幅值和相位，使风力发电机的功率特性按风力机最大功率输出特性曲线变化，从而实现在各种风速下发电机与风力机功率特性的最佳匹配，使风力发电系统获得最大风能利用率。本文采用定子电压定向矢量技术，引入滞环电流控制、双变换器协调控制等控制技术，建立新的转子励磁控制策略，简化双馈风力发电机转子励磁控制环节，以提高控制性能，实现变速恒频双馈风力发电系统最大风能追踪以及对发电机有功功率和无功功率的独立控制，满足电网无功补偿的需要，并利用电力专用仿真软件PSCAD对控制策略的性能进行恒风速、变风速和电网故障下的仿真试验。仿真结果表明，在该控制策略下，变速恒频双馈风力发电系统能追踪最大风能，有功功率与无功功率能解耦控制，励磁用双电压源变换器协调控制性能良好，有很好的输入输出特性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1.风力发电开发现状

1.1.1.风能的利用

1.1.2.风力发电技术概述

1.2.选题的意义

1.2.1.变速恒频双馈风力发电系统研究现状及研究意义

1.2.2.本文的主要工作

第二章变速恒频双馈风力发电系统的基本原理

2.1.引言

2.2.风速

2.2.1.风速数学模型

2.2.2.风速仿真

2.3.风力机基本原理

2.3.1.风力机基本类型

2.3.2.风力机功率控制原理

2.3.3.风力机基本特性

2.4.双馈风力发电机

2.4.1.双馈风力发电机基本原理

2.4.2.双馈风力发电机的数学模型

2.5.电压源变换器

第三章变速恒频双馈风力发电系统控制策略

3.1.引言

3.2.双馈发电机数学模型变换

3.3.基于双电压源变换器的双馈风力发电机滞环矢量控制

3.3.1.双馈风力发电机功率控制策略

3.3.2.双馈风力发电机转子侧变换器滞环控制

3.4.网侧电压源变换器矢量控制

3.5.变速恒频双馈风力发电系统最大风能追踪控制

第四章基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电系统控制策略仿真

4.1.引言

4.2.风力机特性仿真

4.3.双电压源变换器矢量控制仿真模型

4.3.1.双馈风力发电机滞环矢量控制策略

4.3.2.网侧电压源变换器矢量控制策

4.4.变速恒频双馈风力发电系统协调控制仿真

4.4.1.输入风速恒定时系统运行仿真

4.4.2.输入风速变化时系统运行仿真

4.4.3.计及电网故障的仿真

4.4.4.仿真结果分析

第五章结论

附录A双馈风力发电系统主要参数

附录B PSCAD

附录C参考文献

致谢