双馈电机风力发电系统控制策略研究

论文摘要

在化石能源消耗日益增长并造成环境严重污染的今天,清洁的风力资源特别受到青睐,成为各国竟相研究与开发的热点领域。以双馈型异步感应发电机(DFIG)为代表的变速恒频风力发电技术取得长足发展,机组容量已超兆瓦。本文对变速恒频风力发电系统的整体运行、基于直接转矩技术的DFIG速度和无功功率控制及其空载并网控制等方面,进行了理论分析和仿真研究,获得了一些理论上有新意并对工程应用有参考价值的成果。本文主要研究工作:1)借助MATLAB/simulink建立了双馈电机矢量控制系统、风力机及风速的仿真平台,并将三者进行联合调试建立起了双馈风力发电控制系统整体运行的仿真平台。在已有文献的基础上,本文尝试性的给出了一种从低风速到高风速整体的运行控制策略,并借助所建立仿真平台对该整体控制策略进行了仿真研究,仿真结果表明了该策略的可行性,在第二章对该问题进行了讨论。2)采用直接转矩技术实现双馈风力发电系统的速度与无功功率的调节,并给出了合理的解决方案。该方案用于拖动模式可在调速的同时控制定子侧无功功率,改善用户端功率因数,用于发电模式可进行最大风能跟踪的同时参与电网无功调节。在MATLAB/simulink仿真平台上进行了仿真试验,并取得了良好的仿真效果,本部分内容主要在第三章进行了讨论。3)随着风力发电场容量的增大,并网时会对电网产生比较大的冲击,采用合理的并网技术是一个不容忽视的问题。借助直接转矩技术的思想,提出了一种新的并网前同期化控制方法。通过调节并网前电机定子端电压,使之与电网电压达到同步,以较小并网时对电网的冲击。并在MATLAB/simulink仿真平台对该方案进行了仿真研究,仿真结果表明该控制策略能够有效地控制电机定子电压与电网电压在幅值、频率及相位上相一致,是一种可行的实现方案,在第四章对该问题进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 变速恒频风力发电系统
• 1.3 双馈风力发电系统控制技术研究现状
• 1.3.1 双馈电机交流励磁控制
• 1.3.2 外层控制
• 1.3.3 并网及并网后控制
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 双馈风力发电系统建模、控制及仿真
• 2.1 双馈感应电机模型
• 2.1.1 三相静止坐标系下数学模型
• 2.1.2 两相静止坐标系下数学模型
• 2.1.3 两相旋转坐标系下数学模型
• 2.1.4 双馈感应电机能量流动关系
• 2.2 风速及风轮机
• 2.2.1 风速仿真模型
• 2.2.2 风轮机数学模型
• 2.3 双馈电机的矢量控制
• 2.4 风力发电系统运行策略及仿真
• 2.4.1 整体策略
• 2.4.2 最大风能跟踪方法
• 2.4.3 风力发电系统的仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于直接转矩控制的双馈感应电机速度及无功控制
• 3.1 直接转矩控制基础
• 3.1.1 原理
• 3.1.2 开关表
• 3.2 无功控制算法
• 3.3 系统结构及仿真实验
• 3.3.1 系统结构
• 3.3.2 仿真实验及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于直接转矩控制技术的双馈感应发电机同期化控制
• 4.1 同期化控制原理
• 4.1.1 双馈感应电机定子端开路模型
• 4.1.2 同期化控制策略
• 4.2 开关表的制定及电压矢量的选择
• 4.3 双馈风力发电系统的同期化仿真研究
• 4.3.1 双馈发电机的空载仿真模型
• 4.3.2 同期化控制系统仿真设计
• 4.3.3 并网过程仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表及完成的学术论文
• 致谢