双馈风力发电系统空载并网模糊PI控制

摘要

变速恒频双馈风力发电技术是目前最具有前景的风力发电技术之一，已成为国内外风力发电技术的研究热点。随着风力发电单机容量的不断增大，兆瓦级风力发电系统并网时引起的电流冲击已不能忽视。实现安全平稳并网成为风力发电系统需要解决的首要问题。 本文围绕双馈风力发电系统的空载并网电压幅值控制、相位控制和系统脱网控制展开研究。在分析双馈风力发电系统变速恒频运行基本原理的基础上，建立了同步旋转d-q坐标系下双馈电机数学模型，研究了定子磁链定向矢量控制的机理及其优点，探讨了变速恒频风力发电系统最大风能捕获的运行机制。 其次，在分析双馈风力发电系统基于定子磁链定向空载并网控制原理的基础上，建立了空载并网数学模型，设计了双馈风力发电系统空载并网电压闭环模糊PI控制器。分别在理想状态、电网电压波动及电机参数变化等情况下，对双馈风力发电系统空载并网电压幅值模糊PI控制进行了仿真，并与传统的模糊控制及PI控制结果进行对比分析。结果表明，采用模糊PI并网控制策略能够使定子电压快速跟随电网电压且稳态精度高，对电网电压波动和电机参数变化具有较强的鲁棒性。同时，该策略能够有效缩短双馈风力发电系统的并网过渡过程，实现定子电流和转子电流的平稳过渡，是一种高性能的并网控制策略。 再次，研究了双馈风力发电系统空载并网电压相位控制策略，建立了双馈发电机并网过程的电压相位控制仿真模型。在亚同步和超同步两种工况下对双馈风力发电系统电压相位控制进行了仿真研究，并将模糊PI控制结果与PI控制结果进行对比分析，验证了模糊PI控制在系统空载并网电压相位控制中所具有的优良控制效果。 最后，在研究双馈风力发电系统脱网控制机理的基础上，提出了风力发电系统的脱网控制策略，并进行了仿真研究。结果表明，采用该控制策略时双馈电机脱网过渡过程短暂，定子电流逐渐减小至零，转子电流过渡平稳，有功功率与无功功率逐渐减少到零，能够实现风力发电系统的顺利脱网。

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第一章绪论

1.1风力发电的发展概况

1.1.1国际风力发电发展情况

1.1.2国内风力发电发展情况

1.2风力发电的发展趋势

1.3风力发电机组的并网技术

1.3.1恒速恒频风力发电机组的并网控制技术

1.3.2变速恒频风力发电机组的并网控制技术

1.4本文主要研究内容

第二章变速恒频双馈风力发电系统基本理论及矢量控制策略

2.1双馈风力发电系统变速恒频运行的基本原理

2.2双馈电机的数学模型

2.2.1两相同步旋转坐标系下的数学模型

2.2.2定子磁链定向的矢量控制

2.3双馈风力发电系统的最大风能捕获运行机制

2.4本章小结

第三章双馈风力发电系统空载并网电压幅值控制

3.1风力发电系统常用并网方式

3.2基于定子磁链定向的双馈风力发电系统空载并网控制

3.2.1空载并网控制策略

3.2.2空载并网数学模型

3.3双馈风力发电系统空载并网电压幅值模糊PI控制

3.3.1模糊PI控制

3.3.2基于模糊PI控制器的系统空载并网电压幅值控制

3.4仿真结果分析

3.4.1理想状态下双馈发电机空载并网控制

3.4.2电网电压波动时双馈发电机空载并网控制

3.4.3电机参数变化时双馈发电机空载并网控制

3.4.4双馈风力发电系统空载并网过渡过程

3.5本章小结

第四章双馈风力发电系统空载并网电压相位控制与脱网控制

4.1双馈风力发电系统空载并网电压相位控制

4.1.1空载并网电压相位控制策略

4.1.2仿真结果分析

4.2双馈风力发电系统脱网控制

4.2.1脱网控制基本原理

4.2.2仿真结果分析

4.3本章小结

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢