变速恒频风力发电机组建模与控制策略研究

摘要

随着变速恒频风力发电技术的日趋成熟,变速恒频双馈型风力发电系统以其自身优良的性能和较低的生产成本成为目前国内外兆瓦级风电机组开发的主流机型。本文首先从双馈异步风力发电机组的整体数学模型分析入手,对双馈异步风力发电机组的运行特性进行推导,为全文的研究奠定了理论基础。然后根据交流励磁双馈电机矢量定向控制原理,分析了双馈风力发电机组变频器控制策略,结合风力机桨距角控制模型,搭建了双馈异步风力发电机组的变频器控制、功率控制和附加控制模块；并利用单纯形法对DFIG控制系统模型中的PI参数进行修正,改善了发电机的动态响应特性。最后,基于双馈风力发电机组自身运行特性以及风电场内部损耗特性,建立了风电场等值模型,以单台等值机组等效整个风电场,简化了仿真模型中风电场的规模。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 风力发电的发展现状及未来发展趋势

1.1.1 国内外风电发展现状

1.1.2 风力发电的发展趋势

1.2 变速恒频风力发电系统

1.2.1 变速恒频风力发电技术

1.2.2 变速恒频风力发电系统组成

1.3 课题的研究现状及选题背景

1.4 课题研究内容

第二章 变速恒频双馈型风力发电系统的模型建立

2.1 风力机的基本理论

2.1.1 风速模型

2.1.2 风能转换原理

2.1.3 传动机构模型

2.2 双馈异步发电机的数学模型

2.2.1 双馈异步发电机静态数学模型

2.2.2 双馈异步发电机动态数学模型

2.2.3 变速恒频运行与能量传递分析

2.3 双PWM变频器模型

2.4 本章小结

第三章 变速恒频双馈型风力发电系统控制策略研究

3.1 双馈异步风力发电机组矢量控制策略

3.1.1 转子侧变频器控制原理

3.1.2 电网侧变频器控制原理

3.2 双馈异步风力发电系统的功率控制

3.2.1 有功功率调控能力分析

3.2.2 无功功功率调控能力分析

3.2.3 双馈风力发电机组附加控制

3.3 双馈异步风力发电机组转子短路器保护

3.4 本章小结

第四章 变速恒频双馈型风力发电机组运行特性仿真分析

4.1 典型风速仿真

4.2 基于单纯形法的DFIG控制参数优化

4.2.1 单纯形法优化方法

4.2.2 控制参数及目标函数的确定

4.2.3 控制参数的优化

4.3 双馈风力发电机组动态运行特性分析

4.4 双馈风力发电机组暂态稳定性分析

4.5 本章小结

第五章 变速恒频双馈机组风电场的等值建模方法研究

5.1 变速恒频双馈机组风电场的等值问题

5.2 含变速恒频双馈型机组风电场的等值

5.2.1 双馈型风力发电机组的运行特点

5.2.2 等效转速的求取

5.2.3 等效无功输出的求取

5.2.4 等效发电机参数的求取

5.2.5 等效风电场内部电网参数的求取

5.3 仿真研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况