基于双馈风力发电系统的微电网运行控制与分析

摘要

随着能源及环境问题的日益突显，以及大电网现有的供电模式在供电质量、可靠性、安全性、灵活性以及经济性等方面存在的问题，在很大程度上促进了以新能源为主的分布式发电技术的不断发展，风力发电无疑是其中最具有代表性和发展前途的一种。但是大量分布式电源的接入会给电网带来冲击和其他负面影响，这又成为制约分布式发电技术发展的瓶颈。为了解决上述问题，提出了微电网的概念：即将分布式电源及负荷作为一整体，形成可控的单元，使它既可以并网运行，也可以独立运行，给未来的大电网提供有力补充和有效支撑。微电网代表了电力系统新的发展方向，其作为前沿的研究领域，正成为当今的研究热点。
　　 本文对并入交流微电网的双馈风力发电系统和可控微电源的控制策略进行了深入研究。在微电网并网和孤网运行状态下，风力发电系统均采用PQ控制策略，实现最大功率跟踪，保证可再生能源的最大利用率。而对于可控微电源采用的是基于下垂特性的电压，频率下垂控制，其中在并网运行状态时，可以按照给定的有功功率、无功功率输出；在孤网运行状态时，依据预定的下垂特性曲线产生系统所需的功率，并且为整个微电网的运行提供电压及频率支撑，从而实现不同微电源之间的协调控制。具体研究内容如下：⑴介绍了微电网的概念、拓扑结构、运行方式和微电源的不同种类及其特点，并且阐述了可控微电源并网逆变器的控制策略。采用PQ控制可以根据电网调度的需要，输出恒定的有功、无功功率；而采用基于下垂特性的电压，频率下垂控制，可以实现负荷功率变化时不同分布式电源间变化功率的共享，通过其他微电源的协调控制来平衡风电系统输出功率的波动性，并且在微电网孤网运行时，可以给整个微电网系统提供电压和频率支撑。⑵建立了PQ、电压，频率下垂控制两种典型的微电网运行控制策略的仿真模型。通过仿真微电网在不同运行方式下的运行情况，分析了系统的动态特性。仿真结果表明，当微电网的工况改变时，对微电源采用合理的控制策略可以保证负荷电压和频率都在允许的范围内变化，验证了微电源控制策略的有效性和正确性。⑶分析了双馈风力发电系统的基本原理和数学模型，根据双馈发电机定子、转子的电压方程和磁链方程，得出了双馈风力发电系统转子侧变换器的控制模型，并对其采用定子磁链定向的矢量控制策略，可以实现最大功率跟踪；对双馈发电机有功分量及无功分量的解耦控制，实现有功、无功功率的独立调节。⑷建立了双馈风力发电系统的仿真模型，仿真了双馈风电系统在亚同步、同步、超同步三种运行状态时的动态响应。仿真结果表明，双馈发电机的转速能够快速跟踪风速的变化，实现最大功率跟踪，转子电流的频率满足变速恒频的运行条件，并且实现了有功、无功功率的独立调节。⑸建立了由双馈风力发电系统、可控微电源以及负荷等组成的微电网系统模型，仿真分析了微电网的不同运行状态。当微电网由并网运行模式转换到孤网运行模式时，需要对可控微电源采用适当的控制策略，实现由并网到孤网运行的平滑切换；当微电网处于孤网运行时，由于风速的波动会造成双馈风力发电机的输出功率发生变化，为了保证整个微电网系统的功率供需平衡，需要可控微电源的输出功率发生相应的变化。仿真结果很好地验证了微电网运行控制的可行性和有效性。

目录

第一章绪论

第二章微电网技术研究

第三章双馈风力发电系统的控制策略研究

第四章基于双馈风力发电系统的微电网建模与仿真

第五章结论及展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文

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