采用STATCOM改善笼型机风电场机组动态转矩的机理分析与控制策略研究

摘要

近年来，我国风电产业发展迅猛，在装机容量和发电量方面，风电均已超过核电，成为我国第三大主力电源。随着并网风电装机容量逐年提高，风电对电力系统的影响也不容小觑。在风电系统中，电网由于受诸多因素的影响导致公共连接点（PCC）电压不平衡，PCC负序电压引起笼型风力发电机组电磁转矩以2倍电网频率脉动，降低传动机构使用寿命。针对以上问题，本文以笼型机风电场为研究对象，在电网电压不平衡条件下，分析笼型风电场机组动态转矩的特性，研究STATCOM改善笼型风电场机组转矩特性的机理及其控制策略，为STATCOM在风电场的应用奠定基础。
　　首先，本文介绍课题的研究背景、目的和意义，综述风力发电发展的历史和现状，以及我国风电行业面临的挑战，概括STATCOM在风电场的应用和研究现状。
　　其次，分析STATCOM的工作原理，给出STATCOM和风力机的数学模型及风电场的拓扑结构，设计STATCOM主电路参数。
　　再次，根据电压平衡条件下笼型风力发电机组的数学模型，采用定子磁链定向的原则，得到电压不平衡条件下笼型风力发电机组的简化数学模型；分析电压不平衡下发电机组电磁转矩产生脉动的机理，建立电磁转矩脉动幅值和电网正负序电压之间的关系；通过仿真验证机理分析的正确性。
　　然后，根据系统的单相负序等效电路，分析STATCOM改善笼型机风电场机组转矩特性的机理；研究STATCOM输出补偿电流相位对PCC负序电压和转矩脉动幅值的影响；分析故障点到PCC间等效阻抗对STATCOM补偿能力的影响。
　　最后，研究在电压不平衡条件下笼型机风电场STATCOM正负序电压协调控制策略，在维持直流侧电压恒定的同时降低笼型发电机电磁转矩脉动，其补偿容量的分配原则是：优先补偿负序电压以减小PCC的电压不平衡度，剩余的STATCOM电流容量补偿正序电压以控制公共连接点电压稳定；设计基于二阶广义积分-锁频环（SOGI-FLL）的锁相环，快速准确地检测PCC正负序电压和相位，且可以实现频率自适应；在PSCAD/EMTDC环境下建立系统仿真模型，仿真验证STATCOM改善笼型风电机组动态转矩机理分析和STATCOM正负序电压协调控制策略的正确性和有效性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景、目的和意义

1.2 风力发电发展概述

1.3 风电场STATCOM研究现状

1.4 论文主要研究内容

第二章 STATCOM工作原理和参数设计

2.1 风力机数学模型

2.2 笼型机风电场拓扑结构

2.3 STATCOM工作原理及数学模型

2.4 主电路参数设计

2.5 本章小结

第三章 电压不平衡下笼型风电机组动态转矩特性分析

3.1 笼型发电机数学模型

3.2 笼型发电机简化数学模型

3.3电压不平衡下笼型发电机数学模型

3.4 笼型发电机在电压不平衡时动态转矩特性分析

3.5仿真验证

3.6 本章小结

第四章 STATCOM改善笼型风电场机组转矩特性机理分析

4.1 STATCOM改善笼型风电场机组转矩特性机理分析

4.2 系统参数对STATCOM改善笼型机风电场机组动态转矩特性影响

4.3 本章小结

第五章 电压不平衡下笼型机风电场STATCOM控制策略研究

5.1 电压不平衡下笼型机风电场STATCOM正负序电压协调控制策略

5.2 STATCOM正负序电压协调控制策略仿真与分析

5.3 本章小结

全文总结

参考文献

致谢