双馈型风电机组运行控制策略及风电场建模研究

【摘要】：风力发电作为实现风能开发和利用的一种有效方式，近年来在国内外得到了迅速的发展和广泛的研究，其中，双馈发电机组由于优点突出而成为目前风电研究中的主流机型。低电压穿越是目前限制风电机组运行和利用的最大障碍，对常规控制策略进行改进和研究以提升机组的低电压穿越能力显得十分必要。同时随着风电接入容量的不断增大，其对电力系统的影响越来越大，为了准确计及风电场对电力系统的影响，开展风电场等值建模方面的工作有着重要的意义。本文以双馈风力发电机组为研究对象，在双馈风力发电系统的建模仿真、运行控制以及风电场等值建模等方面进行了深入研究，并得到了一些创新性的研究成果。本文的主要研究内容归纳如下： 1.分析了双馈风力发电系统的基本结构和运行理论，在矢量控制技术下，对旋转坐标系下双馈机组的数学模型、功率关系进行了详细推导，确立了定子磁链和电网电压定向下的转子侧和网侧功率变换器的常规控制模型。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建仿真模型，验证了常规控制策略的有效性，针对风速扰动和电网故障两种情况，对系统的稳态和暂态运行特性进行了较为详尽的分析。 2.针对常规控制策略在电网故障情况下造成转子电流过分增长、直流母线电压波动过大、有功功率和无功功率波动大，难以满足双馈风力发电机组低电压穿越技术要求这一问题，在对双馈风力发电机组暂态特性进行分析研究的基础上，提出了在转子侧变换器进行定子磁链补偿、转子负序电流补偿控制，在网侧变换器进行前馈功率补偿及两侧无功功率进行协调控制的改进控制策略，并在仿真平台上验证了本文所提改进控制策略的有效性。 3.针对目前有关双馈型风电机组构成的风电场建模操作复杂、精度不高等问题，基于双馈风力发电机组的控制策略和运行特点，提出了一种简化的受控电流源形式的风电场等值建模方法，并通过在风速波动和电网故障两种情况下，对等值前后风电场详细模型和简化模型进行仿真对比，验证了所述等值方法的有效性，并对误差来源进行了探讨和分析。 【关键词】：风力发电 双馈发电机 低电压穿越 风电场建模
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM743
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-15
• 1.2.1 有关双馈风电机组的运行控制技术的研究11
• 1.2.2 有关风电机组的低电压穿越研究11-13
• 1.2.3 有关风电场等值的研究13-15
• 1.3 本文主要的研究内容15-17
• 第二章 双馈风力发电系统的运行和控制策略研究17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 双馈风力发电机组的系统结构及功率流向17-18
• 2.3 双馈风力发电机组的等效电路和基本方程18-22
• 2.3.1 d-q坐标系下的数学模型19-21
• 2.3.2 定子磁链定向矢量控制原理分析21-22
• 2.4 双馈风力发电系统的数学模型和稳态控制策略研究22-28
• 2.4.1 转子侧控制策略研究22-25
• 2.4.2 网侧控制策略研究25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 双馈风力发电系统的建模与仿真分析29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 仿真软件的选择29-30
• 3.3 风速模型30-33
• 3.3.1 基本风30
• 3.3.2 阵风30-31
• 3.3.3 渐变风31-32
• 3.3.4 随机风32-33
• 3.4 风力机模型33-34
• 3.5 双馈发电机模型34
• 3.6 功率变换器模型34-37
• 3.7 双馈风力发电系统模型37
• 3.8 变速恒频双馈风力发电系统的仿真结果及运行特性分析37-45
• 3.8.1 风速波动37-42
• 3.8.2 故障扰动42-45
• 3.9 本章小结45-46
• 第四章 电网电压跌落情况下双馈风电机组的改进控制策略研究46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 电网电压跌落情况下改进控制策略46-57
• 4.2.1 转子侧改进控制策略46-50
• 4.2.2 网侧改进控制策略50-54
• 4.2.3 转子侧和网侧功率变换器的无功功率协调控制54-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 基于双馈型风电机组的风电场等值建模研究58-71
• 5.1 引言58
• 5.2 考虑尾流效应的风电场风速模型及计算58-60
• 5.3 风电场等值建模方法60-65
• 5.3.1 关于有功功率等值的考虑61-63
• 5.3.2 关于无功功率等值的考虑63-65
• 5.4 等值模型有效性的验证65-69
• 5.5 误差原因分析69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 参考文献73-78
• 附录78-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-81
• 附件81

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