风力发电半实物仿真系统及风电集群分布式协同控制研究

摘要

在当今能源短缺等问题日益凸显的情况下，风能作为一种清洁可再生能源获得了快速发展。国内外对风力发电技术相关问题的研究也在不断深入，对于风力发电数字仿真系统国内外已有许多研究，但对于风力发电半实物仿真系统的研究还相对较少，同时，风电集群内部的功率平衡以及分布式风电系统之间的功率分配也是亟待解决的问题。
　　具体的，论文首先概述了国内外风力发电现状，阐述了研究风力发电的重要性。随后介绍了风力发电系统的结构，比较了双馈异步电机与永磁同步电机的性能，最终决定采用永磁同步风力发电系统作为本文的研究对象。
　　本文介绍了风力发电系统的工作原理及控制策略。具体的，通过研究风力机和永磁同步发电系统的工作原理，建立了风力机、永磁同步发电机、变流器模型。针对机侧控制，采取了转速-电流控制、变桨距控制;而针对网侧控制，采取了直流电压环和无功电流内环的双闭环控制。
　　为验证半实物仿真的可行性，构建了半实物仿真系统。首先对DSP控制器及相关模块进行选型，并给出了电路原理图，其次给出了DSP与RT-LAB的软件设计方法。本文在半实物仿真系统上进行了风力发电半实物系统仿真实验，实验结果表明风力发电半实物仿真的可行性。
　　在单体风力发电系统控制的基础上，本文提出一种基于分布式理论的风电集群协同控制方法。首先阐述了研究风电集群协同控制的必要性，接着在图论与非线性积分器的理论基础上，提出一种基于分布式理论的风电集群功率分配与平衡策略。最后在Matlab/Simulink环境下进行控制仿真，验证了本文提出的风电集群控制方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本论文研究背景及意义

1．2 风力发电概述

1．2．1 国外风力发电现状

1．2．2 国内风力发电现状

1．2．3 风力发电系统简介

1．3 本文主要研究内容及论文结构

第2章 永磁同步风力发电系统简介

2．1 永磁同步风力发电系统拓扑结构

2．2 永磁同步风力发电系统数学模型

2．2．1 风力机模型

2．2．2 发电机模型

2．2．3 变流器模型

2．3 永磁同步风力发电系统控制策略

2．3．1 电机侧控制方法

2．3．2 电网侧控制方法

2．4 本章小结

第3章 基于DSP与RT-LAB的永磁同步风力发电半实物仿真系统

3．1 半实物仿真系统简介

3．1．1 半实物仿真优势

3．1．2 半实物仿真系统结构

3．2 DSP控制器等底层硬件选型及软硬件设计

3．2．1 DSP控制器等底层硬件选型

3．2．2 底层外围电路设计

3．2．3 DSP程序设计

3．3 RT-LAB简介

3．4 纯数字仿真

3．4．1 转速-电流控制仿真

3．4．2 变桨距控制仿真

3．4．3 并网逆变器控制仿真

3．5 半实物仿真

3．6 本章小结

第4章 基于分布式理论的风电集群控制方法

4．1 风电集群协同控制必要性分析

4．2 分布式控制理论概述

4．2．1 图论简介

4．2．2 非线性积分器简介

4．3 风电集群分布式协同控制

4．3．1 分布式功率平衡与分配策略

4．3．2 风电集群控制结构

4．3．3 通信故障与网络延时

4．4 仿真分析

4．4．1 负荷功率变化

4．4．2 风速变化

4．4．3 通信故障

4．4．4 网络延时

4．5 本章小结

第5章 结论

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

硕士期间参与的项目与发表和录用的论文

致谢