双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略研究

摘要

在能源短缺和环境污染日益严重的今天，作为可再生绿色能源的风能的开发利用具有十分重要的意义。随着风力发电机组容量的不断增大，提高运行效率、安全准确并网、最大程度地利用风能已经成为风力发电技术研究的重要内容。
　　 本文首先阐述了变速恒频相对于恒速恒频的优点，重点分析双馈电机作变速恒频运行时的工作原理，详细推导双馈电机在两相同步旋转d-q坐标系下的动态数学模型，为全文的研究奠定理论基础。在介绍风力机特性的基础上，根据不同的风况，把交流励磁风力发电机组的运行区域划分为三个，讨论交流励磁风力发电系统在Cp恒定区最大风能追踪控制的实现方法。其次，根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点，将矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈发电机的并网发电上，提出一种基于电网电压定向的双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略，即在定子开路条件下，根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流，在变速条件下实现几乎无冲击电流并网和输出有功、无功功率的解耦控制，建立交流励磁发电机空载并网及稳态运行控制模型。最后，作为变速恒频风电机组电控系统的核心部件，双PWM变频器可使转子励磁电源的输入输出特性更好，电力谐波更小，调速调频范围更宽以及实现能量的双向传输，讨论了基于电网电压定向矢量控制技术的网侧变换器的控制方法，以期实现网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流环节电压控制。
　　 最后，利用Matlab/Simulink仿真软件，建立了系统各组成部分的仿真模型，并进行了仿真实验研究。仿真结果表明，变速恒频风力发电系统具有良好的运行特性，本文所提出的空载并网方式是变速恒频风力发电的一种较理想的并网方式。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 变速恒频风电技术的国内外研究现状

1.3 本论文的研究内容

第二章交流励磁双馈电机基本原理及其数学模型

2.1交流励磁双馈发电机结构与基本原理

2.1.1电机结构与工作原理

2.1.2双馈电机的等值电路

2.1.3双馈发电机能量流动与平衡关系

2.2交流励磁双馈发电机数学模型

2.2.1三相静止坐标A-B-C系下双馈电机数学模型

2.2.2坐标变换简述

2.2.3两相同步旋转坐标d-q-0系下双馈电机数学模型

2.3矢量控制在双馈电机中的应用

2.4小结

第三章变速恒频风力发电系统构成

3.1变速恒频风力发电技术及其系统结构

3.1.1变速恒频风力发电技术

3.1.2变速恒频风力发电系统基本结构

3.2风力机的运行特性

3.2.1风力机特性

3.2.2变速恒频风力发电系统最大风能追踪原理

3.3变速恒频风力发电系统控制方式与运行区域

3.3.1变速恒频风力发电系统控制方式

3.3.2变速恒频风力发电系统运行区域

3.4小结

第四章交流励磁变速恒频风力发电空载并网控制

4.1并网型风力发电概述

4.1.1风力发电并网方式

4.1.2风力发电并网影响

4.2适合交流励磁变速恒频发电机的并网方式

4.3电网电压定向交流励磁双馈电机空载并网控制

4.3.1电网电压定向空载并网控制策略

4.3.2电网电压定向稳态运行控制策略

4.4交流励磁双PWM变换器运行控制

4.4.1双PWM变换器的性能要求及特点

4.4.2网侧PWM变换器控制

4.5小结

第五章交流励磁变速恒频风力发电系统仿真

5.1系统仿真模型及仿真参数设置

5.2空载并网控制策略仿真结果及分析

5.2.1电网电压定向空载并网控制策略仿真

5.2.2电网电压定向稳态运行控制策略仿真

5.2.3网侧PWM变换器控制仿真

5.3小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢