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基于电压源输出的分布式发电系统中DFIG风电机组运行控制技术

作　者: 周波
导　师: 年珩
学　校: 浙江大学
专　业: 电机与电器
关键词: 分布式发电系统双馈异步风力发电机电压源下垂多模式运行
分类号: TM61
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着新能源发电技术研究的广泛开展,基于电流源输出的双馈(DFIG)风电机组并网运行控制已得到深入的研究和应用。但在分布式发电技术逐渐兴起的局面下,需要依托较为稳定的公共电网存在的DFIG风电机组电流源控制技术将极大的限制其在分布式发电系统中配置。为实现分布式发电系统中DFIG风电机组灵活有效的介入,首先,通过将间接定子磁链定向(ISFO)控制策略应用于DFIG机侧变流器,建立了其电压源输出特性,配合设计的风力机桨距角控制算法,满足了其孤岛单机运行需要。其次,考虑到分布式系统一般由多单元并联构成,引入下垂控制构建了DFIG与其他分布式发电单元协同时的功率分配机制,为其提供了参与分布式发电系统孤岛并联运行的渠道。同时,为检验ISFO与下垂控制算法的协调能力,建立了DFIG电气部分的小扰动数学模型,分析了关键控制参数对DFIG控制系统的影响,为风电机组运行的稳定性提供了必要的判据。再则,为满足分布式发电系统并网运行和工作模式无缝切换的需要,参照电力系统二次调节方式,分别基于公共节点电压频率、电压幅值反馈和发电单元输出功率反馈建立了分布式发电系统孤岛运行工作点和并网运行输出功率的调节机制,使得DFIG能在硬件拓扑结构和控制算法保持连贯的情况下参与分布式发电系统正常运行。以此为基础,提出了基于电压源控制的DFIG并网MPPT运行控制算法,以尽量提高系统风能利用效率。为应对不平衡的运行条件,提出了改进的ISFO控制,以满足DFIG孤岛单机运行带不平衡本地负荷的需要。而针对含DFIG风电机组分布式发电系统多机孤岛并联运行的不平衡工况,以实现负序电流的合理分配和系统公共节点电压不平衡度的降低为目的,通过负序下垂引入虚拟电导,改善了系统负序回路阻抗特性,最终达成控制目标的实现。针对分布式发电系统中DFIG风电机组运行控制技术的相关理论研究,基于MATLAB/Simulink仿真软件,搭建了DFIG由单机到系统的仿真模型,验明了所提系列控制算法在与之对应的运行工况或平衡、不平衡条件下的适应能力。最后通过建立DFIG风电机组硬件实验平台,协同中央控制器和储能硬件实验平台验证了部分工况下所提DFIG控制算法的实际可行性,为相关工作的继续开展奠定了较为良好的基础。

全文目录

致谢  5-7
前言  7-8
摘要  8-10
Abstract  10-18
第1章绪论  18-34
  1.1 课题背景  18-19
    1.1.1 新能源的开发和利用  18
    1.1.2 传统集中式大电网的遗憾  18-19
  1.2 风力发电技术的发展和研究现状  19-24
  1.3 分布式发电技术的发展和研究现状  24-27
  1.4 本论文的主要研究内容  27-29
  参考文献  29-34
第2章基于电压源控制的DFIG风电机组的建模与分析  34-53
  2.1 引言  34
  2.2 风力机的建模和分析  34-39
    2.2.1 风能捕获  35-38
    2.2.2 机械系统  38-39
    2.2.3 桨距调节  39
  2.3 DFIG间接定子磁链定向控制策略  39-44
    2.3.1 RSC建模  40-42
    2.3.2 RSC控制  42-44
  2.4 仿真结果  44-50
  2.5 本章小结  50
  参考文献  50-53
第3章负荷平衡下分布式发电系统中DFIG风电机组多模式运行控制技术  53-93
  3.1 引言  53-54
  3.2 DFIG风电机组下垂控制策略  54-56
  3.3 基于下垂和ISFO的DFIG风电机组小信号建模与分析  56-72
    3.3.1 系统微分方程群  56-60
    3.3.2 DFIG风电机组小信号模型  60-64
    3.3.3 DFIG风电机组小信号分析  64-70
    3.3.4 仿真验证  70-72
  3.4 并网逆变器接口形式的分布式发电单元建模与控制  72-75
    3.4.1 基于电压源下垂输出的并网逆变器建模与控制  72-74
    3.4.2 仿真验证  74-75
  3.5 含DFIG风电机组的分布式发电系统多模式运行和切换控制  75-89
    3.5.1 分布式发电单元孤岛并联运行模式  76-77
    3.5.2 分布式发电系统孤岛到并网运行模式的无缝切换  77-78
    3.5.3 分布式发电系统并网运行功率调整  78-79
    3.5.4 仿真验证  79-89
      3.5.4.1 分布式发电系统孤岛并联运行  79-82
      3.5.4.2 分布式发电系统运行模式柔性切换  82-85
      3.5.4.3 分布式发电系统并网运行  85-89
  3.6 本章小结  89-90
  参考文献  90-93
第4章负荷不平衡条件下分布式发电系统中DFIG风电机组孤岛运行控制技术  93-115
  4.1 引言  93
  4.2 负荷不平衡条件下DFIG风电机组孤岛单机运行  93-101
    4.2.1 负荷不平衡条件下改进的ISFO控制策略  93-97
    4.2.2 仿真验证  97-101
  4.3 负荷不平衡条件下DFIG风电机组孤岛并联运行  101-112
    4.3.1 负序电流的下垂控制机理  101-106
    4.3.2 仿真验证  106-112
  4.4 本章小结  112
  参考文献  112-115
第5章分布式发电系统中DFIG风电机组运行控制实验研究  115-134
  5.1 引言  115
  5.2 实验系统架构  115-119
  5.3 DFIG风电机组实验系统硬件、软件设计  119-124
    5.3.1 硬件设计  119-122
    5.3.2 软件设计  122-124
  5.4 实验结果  124-133
    5.4.1 基于ISFO的DFIG孤岛单机带平衡负载实验  124-125
    5.4.2 基于改进ISFO控制的DFIG孤岛单机带不平衡负载实验  125-127
    5.4.3 基于ISFO和下垂的DFIG孤岛/并网单机运行实验  127-131
    5.4.4 基于ISFO和下垂的DFIG孤岛/并网并联运行实验  131-133
  5.5 本章小结  133-134
第6章总结与展望  134-137
  6.1 本文研究总结  134-135
  6.2 后续工作展望  135-137
攻读硕士学位期间发表论文  137

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