交流励磁变速恒频风力发电系统控制策略的研究

论文摘要

近年来,风能作为一种可再生的清洁能源日益受到世界各国的广泛重视,其中交流励磁变速恒频风力发电技术已经是风力发电中的一大重点课题。交流励磁发电机可改善电力系统稳定性,其转子转速可变,具有独立的有功、无功功率调节能力,尤其是利用变速恒频技术后可大大提高风能的利用率。本文对交流励磁变速恒频风力发电系统的控制策略进行了深入研究。首先介绍了交流励磁电机的优点,分析了双馈电机(DFIG)作变速恒频运行的原理,得出了双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型;通过坐标变换技术,详细推导了双馈电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型,为后面的研究奠定了理论基础。其次,基于双馈电机两相旋转坐标系下的数学模型,运用定子磁场定向矢量控制技术,分析了交流励磁变速恒频风力发电的并网控制,建立了空载并网控制方案,以实现“柔性并网”,并且对负载并网控制也进行了理论研究。再次,介绍了风力发电系统最大风能追踪的实现机理,确定了通过对双馈电机进行有功、无功功率解耦控制间接实现最大风能追踪的方案,建立了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略。最后,对于风力发电系统中的励磁变换器进行了研究。介绍了双PWM变换器的优点,分析了网侧变换器在三相静止坐标系下及两相同步旋转坐标系下的数学模型,在此基础上建立了基于电网电压矢量定向的网侧变换器的控制策略,以实现网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流环节电压的恒定。本文利用MATLAB/SIMULINK的软件平台,建立了相应的仿真模型,对网侧变换器控制策略、空载并网控制策略以及有功、无功功率解耦控制策略进行了仿真验证,仿真结果证明了控制策略的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电的国内外现状
• 1.1.1 国外风力发电的现状
• 1.1.2 我国风力发电的现状
• 1.2 风力发电的特点
• 1.3 风力发电技术概述
• 1.3.1 风力机的桨距调节技术
• 1.3.2 恒速恒频发电技术和变速恒频发电技术
• 1.4 双馈发电机励磁控制技术的发展
• 1.5 未来风电技术的发展前景
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 交流励磁发电机的基本理论
• 2.1 交流励磁电机的优点
• 2.2 双馈型异步发电机在三相静止坐标系下的数学模型
• 2.3 坐标变换
• 2.4 同步旋转两相dq坐标系下DFIG的数学模型
• 第三章 转子侧变换器的控制策略研究—并网控制
• 3.1 交流励磁变速恒频风力发电系统的运行区域
• 3.2 矢量控制概述
• 3.3 并网控制策略
• 3.3.1 空载并网方式
• 3.3.2 负载并网方式
• 3.3.3 两种并网方式的比较
• 第四章 转子侧变换器控制策略的研究—最大风能追踪
• 4.1 风力发电系统最大风能追踪的实现机理
• 4.2 有功、无功功率解耦控制策略
• 第五章 网侧变换器的控制
• 5.1 双PWM型励磁变换器
• 5.2 网侧变换器的数学模型
• 5.3 网侧变换器的控制策略
• 第六章 交流励磁变速恒频风力发电控制器的建模与仿真
• 6.1 MATLAB简介
• 6.2 空载并网控制策略仿真
• 6.3 有功、无功功率解耦控制策略仿真
• 6.4 网侧变换器控制策略仿真
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢