风力发电并网技术中抑制电压闪变策略的研究

论文摘要

近几年,风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。由于风速和风向具有不稳定的特性以及风力发电机组的固有特性等因素,风力机输出的功率是不稳定的。这种不稳定的功率注入电网,将会对电网的电能质量造成影响,引起电压波动和闪变问题。为了更好的解决双馈感应发电机的电压闪变问题,本文从建立双馈感应发电机模型出发,分别对风速、风轮机、轴系、双馈感应发电机、全额变频器进行建模。为了更好的模拟实际风速情况,在风速模型中考虑了风剪切和塔影效应因素,建立了新的风速模型,对其进行了仿真分析。由于静止同步补偿器(STATCOM)在配电网中可以有效的抑制电压闪变,故本文将其应用到抑制双馈感应风力发电机的电压闪变中,对其进行了仿真分析。以往STATCOM的很多控制方法都是侧重于系统变量的解耦和PI控制器的设计。而STATCOM是一个多输入多输出(MIMO)系统,不可能完全解耦所有变量,因此使用那样的方法控制性能有时不好。PID控制方法,它能够给出快速的响应。但是它的参数选取比较困难,文中采用遗传算法对PID参数进行寻优,让系统在最短时间内拥有最佳的动态响应。最后本文给出了两种抑制双馈感应风力发电机电压闪变的方法:1)对于风速高于额定值的情况,提出联合控制的控制方法。2)对于由于风剪切、塔影效应引起的风力机电压闪变,设计了闪变抑制器,同时采用遗传算法对控制器的PID参数进行离线整定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 世界各国利用风能发电的状况
• 1.2 风力发电机组并网后的电能质量问题
• 1.2.1 电压波动和闪变
• 1.2.2 谐波
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 双馈风力发电系统建模
• 2.1 引言
• 2.2 风速模型
• 2.3 风轮机模型
• 2.4 轴系模型
• 2.5 双馈感应发电机模型
• 2.6 全额变频器模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 STATCOM 在抑制并网风机电压闪变中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 STATCOM 的工作原理
• 3.3 STATCOM 的数学模型
• 3.4 STATCOM 的控制策略
• 3.4.1 电流间接控制策略
• 3.4.2 电流直接控制策略
• 3.4.3 Bang-Bang 控制
• 3.5 基于遗传算法的STATCOM 的PID 控制
• 3.6 STATCOM 在风电场中的应用仿真研究
• 3.7 本章小结
• 第四章 抑制并网双馈风机电压闪变控制策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 抑制并网双馈风机电压闪变联合控制方法
• 4.2.1 桨距角控制
• 4.2.2 DFIG 变换器控制策略
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 基于风剪切、塔影效应的风速模型的双馈风机电压闪变抑制方法
• 4.3.1 闪变抑制控制器（FMC）
• 4.3.2 基于遗传算法（GA）的PID 参数离线整定
• 4.3.3 仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文