双馈风力发电机理想电压下及电网电压小值跌落时的控制

摘要

改善能源结构，发展新的可再生能源，减轻对环境污染，提高电能质量，已成了全球能源工业关注的一个热点，风力发电作为一种可再生能源开发形式，近年来得到了较快发展，其中变速风力发电尤其是双馈型变速恒频(VSCF)风力发电技术以其独特的优势而备受关注。本文主要研究双馈风力发电机理想电压及电网电压小值跌落时控制的相关问题。
　　 本文首先建立双馈感应发电机(DFIG)在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型，在分析两相旋转坐标系下的数学模型的基础上，得到定子磁链和定子电压定向下的矢量控制方程，由此构建矢量控制的系统框图，并搭建仿真模型进行仿真，仿真结果说明，以上控制策略的有效性和可靠性。
　　 通过分析三相电压源型变流器拓扑与工作特点，根据变流器在三相静止坐标系的数学模型，建立基于开关函数的仿真模型，并进行仿真。通过建立DFIG各个部分的数学模型，从而建立了DFIG发电系统的特征方程，通过求出其雅克比矩阵特征值的实部λi并以λi的最大值作为适应度函数，利用粒子群优化(PSO)算法对其进行系统PI参数的优化。在风速突变条件下对PI参数优化前后双馈风力发电系统进行仿真对比，仿真结果表明利用PSO优化算法的PI控制规律能有效改善双馈风力发电系统过渡过程的动态性能。
　　 最后，通过对DFIG系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析，给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略，搭建了DFIG系统在不同控制方案下的SIMULINK仿真模型，系统仿真结果表明：提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压，提高了系统在电网故障时的不间断运行能力。

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致谢

第一章绪论

1.1风力发电产业的必要性与意义

1.2风力发电现状和发展趋势

1.2.1国外风力发电发电现状和发展趋势

1.2.2国内风力发电发展现状和发展趋势

1.3风力发电技术发展现状和发展趋势

1.3.1风力机特性

1.3.2风力发电并网方式

1.4研究意义和本文主要内容

第二章 双馈风力发电机的基本理论和控制策略的研究

2.1双馈风力发电机的工作原理

2.1.1双馈风力发电机的基本概念

2.1.2双馈感应发电机的电磁关系

2.2双馈感应电机的数学模型

2.2.1双馈感应电机在三相静止坐标系中的数学模型

2.2.2坐标变换

2.2.3双馈感应电机在两相旋转坐标系下的数学模型

2.3风力机的数学模型

2.4双馈风力发电机的矢量控制策略

2.4.1双馈感应电机定子磁场定向的矢量控制

2.4.2双馈感应发电机空载并网时的控制策略

2.4.3双馈感应电机的运行控制策略

2.4.4定子电压定向矢量控制

2.5双馈感应发电机的仿真

2.5.1双馈风力发电机空载并网仿真设计

2.5.2双馈风力发电机并网控制仿真设计

2.6木章小结

第三章 风力发电用三相电压型PWM变流器基本理论和控制策略的研究

3.1风力发电用三相电压型PWM变流器的数学模型

3.1.1基于开关函数的PWM变流器的一般数学模型

3.2三相VSR控制系统

3.2.1控制系统电流内环的设计

3.2.2控制系统电压外环的设计

3.3风力发电用三相电压型PWM变流器的仿真设计

3.4本章小结

第四章基于粒子群算法双馈风力发电系统PI参数优化

4.1 DFIG控制系统

4.2 双馈风力发电系统的动态模型

4.3 基于粒子群算法的双馈风力发电机控制系统优化

4.3.1 粒子群算法的工作原理

4.3.2 双馈风力发电机控制系统优化

4.4 仿真实现

4.5本章小结

第五章小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

5.1双馈风力发电系统小值电压跌落时情况介绍

5.2 改进的DFIG控制策略

5.2.1双馈电机风力发电系统机侧控制策略的改善

5.2.2双馈风力发电系统网测变流器控制策略的改善

5.3 双馈风力发电系统仿真研究

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文