双馈风力发电机组功率平滑控制策略研究

摘要

随着新能源利用率的不断增长，风力发电越来越受到人们的重视。由于风速的不可预期性和随机波动性等特点，风力发电系统将产生与风速变化相应的、波动性较大的输出功率。随着风电的大规模并入电网，输出功率的波动会影响电网输出电能的质量，严重时还可能导致电网的瘫痪，如何使风电机组的输出功率更加平滑逐渐成为研究的热点。
　　本文首先介绍了双馈风力发电机组的运行原理及其相关的控制策略，包括风电机组的工作方式、运行特性和最大风能追踪的原理及其实现，为后续的控制算法开发和实时仿真平台搭建工作奠定理论基础。
　　针对传统的风电机组控制策略所存在的缺点和不足，本文对双馈风力发电机组的功率平滑控制策略进行相关研究，并开发出了一种新型的基于转子动能控制和变桨距控制相结合的功率平滑控制策略。
　　本课题中的风力发电机组半物理实时仿真平台是在实验室开发的针对单台风机的实时仿真系统，该仿真平台可以提供单台风机仿真的软件和硬件基础仿真环境，能够完成单台风力发电机组整机的精确建模，包括风电机组机械部分以及电气部分的建模。仿真平台中各部分趋于模块化，易于扩展和移植，有较好的人机交互界面，且留有足够的数字和模拟I/O接口。该仿真平台的利用能够实现在实验室环境下快速的开发风电机组控制策略，并对其有效性进行实时的仿真验证。
　　将新型的基于转子动能控制和变桨距控制相结合的输出功率平滑控制算法应用在半物理实时仿真平台上，对其有效性进行实时的仿真验证。将该新型的控制策略和传统的最大风能追踪控制策略在仿真平台上进行对比仿真实验，并通过相应的平滑指标对各控制策略进行评价。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状及发展动态分析

1．2．1 风力发电机组仿真研究现状

1．2．2 输出功率平滑控制研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 双馈风力发电机组运行理论及其控制

2．1 双馈风力发电机组总体结构

2．1．1 风力机的运行

2．1．2 双馈异步发电机

2．2 双馈风力发电机组的数学模型

2．3 双馈风力发电机组最大风能追踪控制

2．3．1 最大风能追踪控制的运行机理

2．3．2 有功功率参考值的计算

2．3．3 无功功率参考值的计算

2．4 本章小结

第3章 基于变桨距和转子动能控制的功率平滑控制算法研究

3．1 风电机组传统控制策略问题分析

3．2 变桨距控制

3．3 转子动能控制

3．4 基于变桨距控制和转子动能控制的功率平滑控制算法

3．5 风电机组输出功率平滑指标

3．6 本章小结

第4章 风力发电机组半物理实时仿真平台

4．1 仿真平台整体结构

4．2 仿真平台硬件设计

4．2．1 风电机组仿真器硬件设计

4．2．2 风电机组变流控制器硬件设计

4．2．3 风电机组主控制器硬件设计

4．2．4 TR变桨距控制系统简介

4．3 仿真平台软件设计

4．4 仿真平台实验

4．5 本章小结

第5章 功率平滑控制算法在仿真平台上的验证

5．1 风力发电仿真系统中各参数设置

5．2 仿真验证及结果分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢