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直驱永磁同步风电场等值建模研究

作　者: 高起山
导　师: 栗然
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风电机组永磁同步发电机变频器解耦控制短路电流
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 1次
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内容摘要

本文以直驱永磁同步风力发电机组(D-PMSG)为研究对象,重点对风电机组的模型、控制策略及其运行特性等问题进行研究,建立了包括空气动力系统、集电系统、传动系统和永磁同步电机在内的不同环节的数学模型,对采用“不可控整流+Boost升压斩波+PWM可控逆变”结构的变频器控制原理进行了深入研究,建立了变频器的数学模型和传递函数关系。在分析了风电机组的功率控制原理后,对不同类型风电机组的潮流计算模型进行了研究,在原有双馈式风电机组复杂模型的基础上,提出了一种简化的双馈异步发电机潮流计算模型,算例计算结果表明简化模型与原模型的潮流计算结果基本相同,但计算过程大大简化,收敛速度也很快,适用性较好。变速恒频风电机组不同的无功功率控制方式,其潮流计算处理方法也理应不同,本文对采用恒电压控制和恒功率因数控制下的潮流计算情况进行了对比。本文在Matlab/Simulink环境下搭建了完整的D-PMSG风电场与电网的仿真模型,对D-PMSG的短路电流特性进行了仿真分析研究,研究重点针对风电场出口母线发生最严重的三相短路故障情况,仿真结果表明,由于其限流环节作用使得D-PMSG注入电网的短路电流大大减小,粗略计算情况下甚至可以忽略其对故障点短路容量的影响。另外,本文还对风电场出口母线故障发生率较高的单相接地短路和电压跌落故障下的故障电流特性进行了仿真分析。三相短路故障情况下,变频器可以起到有效的隔离作用,故障对发电机影响较小,故障后最主要的问题是不平衡功率引起的直流环节电压和发电机转速上升,可以考虑增加能量释放装置。本文研究可作为直驱式风电机组的并网分析依据,其潮流计算模型可用于含风电场的大规模电网潮流计算,系统建模研究可作为深入研究风电机组运行特性的基础,故障电流和动态特性分析可用于直驱式风电机组的并网分析和二次系统配置等方面。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 风力发电发展概况  10-13
  1.2 选题的背景及意义  13-14
  1.3 国内外研究动态  14-16
  1.4 论文主要工作  16-17
第2章风力发电系统  17-25
  2.1 风力发电机组介绍  17-19
    2.1.1 恒速恒频风力发电机组  17
    2.1.2 变速恒频风力发电机组  17-19
  2.2 风力发电系统各环节数学模型  19-24
    2.2.1 风速模型  19-21
    2.2.2 空气动力系统模型  21-23
    2.2.3 集电系统模型  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章风力发电系统稳态潮流计算模型  25-33
  3.1 异步机风电场潮流计算模型及处理方法  25-26
  3.2 双馈机风电场潮流计算模型及处理方法  26-29
  3.3 D-PMSG 风电场潮流计算模型及处理方法  29-30
  3.4 含风电场潮流计算步骤  30
  3.5 算例验证  30-32
    算例1 双馈异步发电机潮流计算模型验证  30-31
    算例2 变速恒频风电机组控制方式比较  31-32
  3.6 本章小结  32-33
第4章直驱永磁同步风力发电系统建模  33-49
  4.1 永磁同步发电机模型  33-36
  4.2 传动系统模型  36-37
  4.3 桨距角控制模型  37-38
  4.4 转速控制及最大风功率跟踪  38-39
  4.5 变频器模型  39-47
    4.5.1 整流与升压斩波环节原理  40-43
    4.5.2 整流与升压斩波环节模型实现  43
    4.5.3 直流环节电压控制  43-45
    4.5.4 电网侧变频器模型  45-46
    4.5.5 电网侧变频器模型实现  46-47
  4.6 本章小结  47-49
第5章直驱永磁同步风电机组故障特性仿真  49-56
  5.1 D-PMSG 故障电流特性仿真  50-52
    5.1.1 三相短路故障后D-PMSG 短路电流特性  50-51
    5.1.2 电网电压跌落后D-PMSG 故障电流特性  51
    5.1.3 单相接地短路故障后D-PMSG 短路电流特性  51-52
  5.2 三相短路后D-PMSG 动态特性仿真分析  52-55
    5.2.1 D-PMSG 并网有功、无功功率变化特性  52-54
    5.2.2 PMSG 和直流环节变量变化特性  54-55
  5.3 本章小结  55-56
第6章结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 未来工作与展望  57-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况  61-62
致谢  62-63
详细摘要  63-71

直驱永磁同步风电场等值建模研究

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