基于永磁直驱风力发电系统的微电网下垂控制策略研究

摘要

本文以包含分布式永磁直驱风力发电单元的微电网为研究对象，分析在包含永磁直驱风力发电单元的情况下，微电网孤岛运行采用下垂控制策略时可能遇到的问题。
　　微电网孤岛运行时，永磁直驱风力发电单元网侧变换器需采用下垂控制策略，以合理分配功率，参与电压、频率的调节。当微电网各个发电单元线路阻抗不等时，其输出无功功率会受到线路阻抗的影响而分配不均。对此，提出一种无功功率均分的下垂系数选择方法，并证明了调节无功下垂系数能够完全补偿线路阻抗不等对无功功率分配产生的影响。
　　另外，由于风能的随机性，微电网中永磁直驱风力发电单元机侧交换器的发电功率与网侧变换器的下垂控制输出功率不等，直流侧需要储能装置来均衡功率，维持直流电压稳定。对此，提出了一种新型下垂控制策略。通过检测直流电压，动态平移下垂特性曲线，调节输出功率，维持直流电压在合理范围内，减小直流侧储能装置容量。
　　为了验证采用新型下垂控制策略后微电网系统的稳定性，对采用新型下垂控制策略的微电网系统进行了小信号建模分析，并搭建了仿真及实验平台。理论分析、仿真及实验结果均证明了本文所述的下垂系数选择方法能够改善无功功率的分配情况，新型下垂控制方法能够有效的控制直流电压在合理范围内，并减少直流侧的储能装置容量。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 能源现状及新能源的发展

1．1．2 新能源发电与微网技术

1．2 风力发电技术的发展及研究现状

1．2．1 风力发电简介

1．2．2 风电技术的发展

1．2．3 永磁直驱风力发电机控制技术

1．3 微网及分布式发电

1．3．1 微电网的发展

1．3．2 微电网控制技术

1．4 本文研究主要内容

第二章 微电网下垂控制策略

2．1 线路功率传输特性

2．2 下垂控制简介

2．2．1 下垂控制基本原理

2．2．2 微电网的频率调节特性

2．3 改善无功功率分配情况的下垂系数选择方法

2．3．1 线路阻抗对无功功率分配的影响

2．3．2 无功功率下垂系数的选择方法

2．4 下垂控制的实现

2．4．1 下垂控制模块

2．4．2 电压控制环

2．4．3 电流控制环

第三章 直驱式永磁风力发电机的建模与控制

3．1 风力机模型

3．1．1 风力机的空气动力学模型

3．1．2 风力机的桨距角控制

3．2 永磁同步电机及变流器数学模型

3．2．1 永磁同步电机在abc坐标下的数学模型

3．2．2 永磁同步电机在dq坐标下的数学模型

3．3 微电网并网运行时永磁直驱风力发电系统的控制策略

3．3．1 永磁直驱风力发电系统机侧交流器控制策略

3．3．2 永磁直驱风力发电系统网侧交流器控制策略

3．4 微电网孤岛运行时永磁直驱风力发电系统的新型下垂控制策略

第四章 微电网新型下垂控制策略的小干扰分析

4．1 小干扰分析理论基础

4．1．1 小干扰稳定性分析概述

4．1．2 小干扰稳定性分析数学基础

4．2 微电网的小信号模型

4．2．1 功率计算模块的小信号模型

4．2．2 直流电压环节的小信号模型

4．2．3 功率控制器的小信号模型

4．2．4 线路电流的小信号模型

4．2．5 微电网综合小信号模型

4．3 微电网的小扰动分析

4．3．1 微电网小扰动稳定性分析

4．3．2 系统参数对稳定性的影响分析

第五章 微电网新型下垂控制的仿真与实验分析

5．1 微电网实验系统简介

5．2 微电网实验系统软件设计

5．2．1 机侧变换器程序设计

5．2．2 网侧交换器程序设计

5．3 仿真及实验结果

5．3．1 永磁直驱风力发电机的id=0控制仿真及实验

5．3．2 微电网下垂控制实验

5．3．3 永磁直驱风力发电单元新型下垂控制策略的仿真及实验

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文