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不平衡电网电压下双馈风力发电机的运行控制研究

作　者: 李文龙
导　师: 王惠中
学　校: 兰州理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 不平衡电网电压定子无功功率电磁转矩转子电流不平衡控制
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着风力发电产业的不断发展,风电场数量以及风电场容量快速增加,风力发电在电力系统中所占的比重逐年增长,对电网的影响也日趋显著。在电网电压不平衡的情况下,为防止风力发电机组的脱网对电网造成严重的冲击,要求风力发电机组具备在电网电压不平衡下的不脱网运行能力。本文以双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,根据电网电压不平衡下DFIG风力发电系统在常规矢量控制策略下存在的问题,设计了不平衡电网电压下转子电流控制策略来提高DFIG风力发电系统的不脱网运行能力。首先,采用电网电压平衡下DFIG的数学模型,设计了常规的矢量控制策略,包括转子侧变换器的矢量控制和网侧变换器的矢量控制。在不平衡电网电压下,通过Matlab/Simulink仿真,得到了常规的矢量控制策略下DFIG风力发电系统定子无功功率、电磁转矩和转子电流的动态响应。通过分析转子电流的动态响应,解释了定子无功功率和电磁转矩发生二倍频脉动的原因。其次,采用电网电压不平衡情况下DFIG的数学模型,以消除定子无功功率和电磁转矩二倍频脉动为控制目标,设计了基于双dq变换的转子电流不平衡控制方案,推导了转子正、负序电流的计算原则。通过控制转子电流的正、负序分量来追踪各自的参考值,使定子无功功率二倍频脉动和电磁转矩二倍频脉动得到了很好的抑制,提高了不平衡电网电压下DFIG风力发电系统的不脱网运行能力。通过Matlab/Simulink仿真验证了该控制方案的有效性。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章引言  11-24
  1.1 风力发电的发展现状及其趋势  11-13
    1.1.1 国外风力发电的现状与趋势  11-13
    1.1.2 国内风力发电的现状与趋势  13
  1.2 双馈风力发电机(DFIG)风力发电系统的运行机理  13-15
  1.3 电网电压不平衡工况的分析  15
  1.4 电网电压不平衡对DFIG 风力发电系统的运行影响  15-16
  1.5 不平衡电网电压下DFIG 风力发电系统运行控制的研究现状  16-22
    1.5.1 改善网侧变换器的控制消减不平衡电网电压的影响  16
    1.5.2 改善转子侧变换器的控制消减不平衡电网电压的影响  16-20
    1.5.3 转子侧变换器和网侧变换器协调控制消减不平衡电网电压的影响  20-22
  1.6 论文的主要研究内容和章节安排  22-24
    1.6.1 本文的主要研究内容  22-23
    1.6.2 本文的章节安排  23-24
第2章 DFIG 风力发电系统的数学模型  24-38
  2.1 风力机的数学模型  24-25
  2.2 DFIG 的数学模型  25-34
    2.2.1 三相定子静止ABC 坐标系中DFIG 的数学模型  25-29
    2.2.2 两相静止(αβ)坐标系中的DFIG 的数学模型  29-31
    2.2.3 两相同步速 ω s旋转 (dq)坐标系中 DFIG 的数学模型  31-34
  2.3 电网电压不平衡下DFIG 的建模分析  34-37
    2.3.1 不对称三相电、磁量的瞬时对称分量及其表达形式  34-37
    2.3.2 不平衡电网电压下DFIG 的磁通方程和电压方程  37
  2.4 本章小结  37-38
第3章不平衡电网电压下常规的矢量控制策略的动态响应  38-46
  3.1 DFIG 风力发电系统的转子侧和网侧变换器  38-39
  3.2 DFIG 风力发电系统的矢量控制系统的构建  39-43
    3.2.1 转子侧变换器矢量控制系统的设计  39-42
    3.2.2 网侧变换器矢量控制系统的设计  42-43
  3.3 不平衡电网电压下 DFIG 风力发电系统动态响应仿真  43-45
    3.3.1 仿真模型  43-44
    3.3.2 仿真结果及其分析  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章不平衡电网电压下 DFIG 风力发电系统的控制策略  46-58
  4.1 控制目标的分析  46-48
  4.2 转子参考电流值的求取  48
  4.3 转子电压的求取  48-49
  4.4 控制方案的实现  49-50
  4.5 不平衡电、磁量的正负序分解  50-53
  4.6 不平衡控制策略下 DFIG 风力发电系统的仿真结果及其分析  53-57
  4.7 本章小结  57-58
结论与展望  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  64

不平衡电网电压下双馈风力发电机的运行控制研究

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