风力发电机组控制及其并网后运行分析

论文摘要

作为解决能源和环境问题的有效途径,风力发电正在世界范围内快速发展。风能成为当今世界可再生能源利用增长速度最快的能源,我国的风力发电也正在进入一个快速发展的时期。随着风力发电装机容量的增长,风力发电机组和电力系统之间相互作用和相互影响会更加严重,将不可避免地为电力系统带来一些新的问题。风力发电机组经常处于风速变化的扰动之中,对其自身以及与之相联系的电力系统造成影响,而电网的故障也会对风力发电机组产生一定的影响,所以掌握风力发电机组和电力系统之间相互作用的规律是系统安全和经济运行的重要保证。针对上述问题,本论文首先分析了风力发电机组各部分的数学模型和双馈型风力发电机组(DFIG)的工作原理;针对双馈风力发电机有功功率和无功功率解耦的要求,建立了双馈型发电机的定子磁链定向矢量控制策略;为了保证风电机组在高风速时的安全稳定运行,设计了变桨距控制策略。为了进一步研究,本论文建立了双馈型风力发电机控制系统的仿真模型,并利用仿真模型对双馈风力发电机的控制以及风速变化时的动态响应进行了仿真。本论文还分析了并网后风电机组与电网的相互影响,在风速波动下,风电机组注入系统的有功功率和无功功率变化情况,使风电机组机端电压发生变化;在电网电压跌落和电网故障情况下,风电机组的机端电压降低,使其有功输出减小。在电网故障时加装无功补偿装置仿真,仿真结果与上述结果进行对比,表明无功补偿在一定程度上做到了不间断控制。本文研究结果表明,双馈型风力发电机系统具有许多优越的性能,且本文采用的控制技术和进行的相关分析都是可行的,并且随着风电并网容量的增加,对并网后相互作用的分析,具有一定的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题目的、意义
• 1.1.1 风电发展的背景
• 1.1.2 本课题的目的意义
• 1.2 国内外风电发展
• 1.2.1 国内外风电的发展现状
• 1.2.2 双馈感应发电机控制策略及并网的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 风力发电机组各部分模型
• 2.1 引言
• 2.2 风速模型
• 2.3 风力机空气动力模型
• 2.4 机械传动模型
• 2.5 DFIG 模型
• 2.5.1 双馈感应发电机的基本原理和特点
• 2.5.2 DFIG 稳态时的等效电路
• 2.5.3 DFIG 在三相静止坐标系（abc）下的方程
• 2.5.4 DFIG 在任意轴上的dq 模型方程
• 2.5.5 DFIG 在两相同步旋转坐标系（dq0）下的方程
• 2.6 PWM 电压源型变流器模型
• 2.6.1 PWM 电压源型变流器模型
• 2.6.2 Average PWM 电压源型变流器的动态模型
• 2.7 小结
• 第三章 风力发电机组的主要控制策略研究
• 3.1 引言
• 3.2 总的控制策略
• 3.3 矢量控制
• 3.3.1 电网侧变流器矢量控制
• 3.3.2 转子侧变流器矢量控制
• 3.4 桨距角控制
• 3.5 风电机组仿真
• 3.5.1 风速仿真
• 3.5.2 控制系统仿真
• 3.5.3 风电机组动态仿真
• 3.6 小结
• 第四章 并网后风电机组与电网之间的相互作用及影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 风力发电系统对电网的影响
• 4.3 电网对风力发电系统的影响
• 4.3.1 电网电压跌落仿真
• 4.3.2 电网故障仿真
• 4.4 风力发电机组不间断运行能力研究
• 4.4.1 无功补偿对不间断运行能力的作用
• 4.4.2 不间断运行实现方法探讨
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢