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含风电场的电力系统电压/无功控制策略研究

作　者: 陈达
导　师: 朱晓荣
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 双馈风机 非线性控制 解耦控制 灵敏度
分类号: TM761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着能源消耗的日益增长和环境的不断恶化,世界各国把可再生无污染的新型清洁能源作为可持续发展的重点。风能是一种取之不尽、无污染、具有大规模开发利用前景的能源。而风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。变速恒频运行的风力发电机包括:双馈感应风力发电机和直驱型风力发电机。在新安装的变速恒频风力发电机中,双馈感应发电机占到了很大的比重。一方面由于双馈感应发电机转子和定子之间的电磁关系,变流器只需供给转差功率就可以调节风力发电机的转速,实现对最大风能的捕获,大大减小了变速风力发电系统变流器的额定容量;另一方面,发电系统可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现独立调节发电机输出的有功、无功功率,这样可以保证风力发电厂运行于单位功率因数减小电力系统的损耗。本文首先建立了变速恒频双馈感应风力发电机在abc静止坐标系、dq旋转坐标系下的动态数学模型;研究了其功率特性,为后续的内容奠定了基础。其次针对转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)数学模型的非线性、强耦合的特性,研究了其基于状态反馈精确线性化的非线性解耦控制策略,实现了对双馈风力发电机的非线性解耦控制,并用Matlab/simulink进行了仿真。仿真结果表明所提出的控制策略能够实现对双馈风力发电机有功、无功功率的解耦,提高了双馈风力发电机的动态响应能力。最后研究了提高风电接入地区电压稳定性的基于DFIG的风电场无功功率控制策略。首先推导了节点注入无功与节点电压的灵敏度,该灵敏度表达了节点发出的无功与电压波动之间的关系。对风电场接入地区,以风电场发出的无功功率为控制量,以节点电压稳态值为控制目标,实现了对风电场接入地区的节点电压控制。仿真算例表明该方法能够有效抑制风电场接入地区的电压波动。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题背景  9-10
    1.1.1 能源与环境危机  9
    1.1.2 全球风电发展现状  9-10
    1.1.3 中国风力发电发展概况  10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 双馈风力发电机控制技术研究现状  10-11
    1.2.2 风电场接入地区电压/无功补偿的研究现状  11-12
  1.3 本文的主要研究内容  12-13
第2章 变速恒频双馈风力发电机的运行理论  13-24
  2.1 双馈风力发电机组变速恒频运行的基本原理  13
  2.2 变速恒频双馈风力发电机组的统一数学模型  13-18
    2.2.1 双馈发电机的数学模型  14-15
    2.2.2 网侧PWM 变频器的数学模型  15-16
    2.2.3 DC-link 的数学模型  16-17
    2.2.4 双馈风力发电系统的统一数学模型  17-18
  2.3 双馈风力发电系统的功率特性及功率边界  18-23
    2.3.1 双馈风力发电系统的功率特性  18-20
    2.3.2 双馈风力发电系统的功率边界  20-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 双馈风力发电系统的非线性矢量控制  24-41
  3.1 输入/输出精确线性化  24-29
    3.1.1 相关数学工具  24-26
    3.1.2 单输入单输出系统的精确线性化  26-28
    3.1.3 多输入，多输出系统的精确线性化  28-29
  3.2 GSC 和RSC 控制器输入/输出精确线性化  29-34
    3.2.1 GSC 控制系统工作原理  29-30
    3.2.2 GSC 非线性控制器设计  30-32
    3.2.3 RSC 控制系统的工作原理  32-33
    3.2.4 RSC 非线性控制器设计  33-34
  3.3 仿真实验  34-40
  3.4 结论  40-41
第4章 风电场接入地区的电力系统电压/无功控制策略  41-48
  4.1 风电场接入对电力系统的影响  41
  4.2 风电场接入地区电压/无功控制策略  41-46
    4.2.1 风电场无功控制的基本思想  41-42
    4.2.2 风电场发出无功功率的整定计算  42-44
    4.2.3 算例分析  44-46
  4.3 双馈风力发电机组功率分配原则  46-47
    4.3.1 各风机之间的无功分配原则  46-47
    4.3.2 定子与转子变换器之间的无功分配原则  47
  4.4 结论  47-48
第5章 结论与展望  48-49
参考文献  49-53
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  53-54
致谢  54-55
详细摘要  55-65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整 > 电压与无功功率的自动调整
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