双馈风力发电机变桨与变速协调控制

论文摘要

近年来,风能作为一种可再生的清洁能源,日益受到世界的广泛关注,风能的开发和利用得到了迅猛的发展。采用交流励磁发电机直接实现变速恒频发电是目前风力发电的最佳技术方案,双馈风力发电机已经是风电领域的主流机型。双馈风力发电机组成的风电场并网后改变了原有的网络的潮流分布,对整个电力系统造成了一定影响,其中,有功功率的波动对电网的冲击,更是降低了电网运行的安全性,而双馈风力发电机系统通过矢量控制技术,可以实现有功、无功功率解耦,通过变桨与变速的协调控制,在提高风能利用率的同时,实现有功功率的平滑。本文从双馈感应发电机的基本原理出发,对双馈电机数学模型进行推导,建立同步旋转坐标系下电机数学模型,在MATLAB/SIMULINK中建立发电机并网以及定子磁链定向有功、无功解耦控制的仿真模型。在传统的有功功率控制策略的基础上提出了两种有功功率平滑控制方案:基于转矩偏差的有功功率平滑控制、变桨与变速协调有功功率平滑控制策略。两种控制方案在进行最大风能捕获的同时,抑制了有功功率的波动。在额定风速以下时,采用基于转矩偏差的有功功率平滑控制,使发电机转子转速与风速成最佳对应关系,根据风速变化调节发电机转速使其追踪给定值,同时,检测并控制电磁转矩偏差,调节发电机电磁转矩,使转速与风速保持最佳对应关系,从而抑制了有功功率的波动;在全风速范围内,采用变桨与变速协调控制,以模糊控制器控制桨距角,以PI控制器调节有功功率,并在此基础上提出了有功功率误差控制策略,通过对转子励磁电压的控制,抑制发电机输出有功功率的波动。这两种改进方案,均达到了向电网提供更加平滑的有功功率的目的。通过仿真实验,证明了本文提出的有功功率控制策略的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 风力发电的现状
• 1.1.1 国外风力发电现状
• 1.1.2 我国风力发电现状
• 1.2 风力发电技术简述
• 1.2.1 风力机的变浆距调节
• 1.2.2 变速恒频风力发电技术
• 1.3 双馈风电机组的功率控制
• 1.4 未来风电技术的发展前景
• 1.5 主要研究内容和章节安排
• 第2章 风力电电机组结构及变速恒频控制的基本原理
• 2.1 风电机组的组成结构
• 2.1.1 变桨距控制系统
• 2.1.2 偏航控制系统
• 2.1.3 变换器控制系统
• 2.2 变速恒频风电机组控制技术
• 2.2.1 双馈感应风力发电机变速恒频运行的基本原理
• 2.2.2 风电机组控制技术的发展过程简述
• 2.2.3 风电机组控制的基本要求
• 2.2.4 双馈风电机组的并网控制技术
• 2.2.5 最大风能捕获技术
• 2.2.6 变速恒频风力发电机组的运行区域
• 2.2.7 低电压穿越技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 双馈风力发电机数学模型及矢量控制系统
• 3.1 交流励磁发电机在三相静止及同步旋转坐标系下的数学模型
• 3.2 定子磁场定向矢量控制策略
• 3.2.1 矢量控制概述
• 3.2.2 定子磁场矢量定向控制策略
• 3.3 双馈风力发电机控制系统构建
• 3.3.1 转子侧变流器原理及控制
• 3.3.2 网侧变流器原理及控制
• 3.4 并网控制策略
• 3.4.1 空载并网控制的数学模型
• 3.4.2 负载并网控制的数学模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 双馈风力发电机变桨与变速协调控制策略及仿真研究
• 4.1 额定风速以下时有功功率的平滑控制
• 4.1.1 发电机转速控制策略
• 4.1.2 转矩控制策略
• 4.1.3 仿真结果
• 4.1.4 结论
• 4.2 全风速范围内风力发电机输出有功功率平滑控制
• 4.2.1 功率控制
• 4.2.2 有功功率误差控制
• 4.2.3 仿真结果
• 4.2.4 结论
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录攻读学位期间所发表的学术论文目录