基于统一数学模型的双馈式风力发电系统的控制策略及其仿真研究

论文摘要

风力发电是目前世界上发展最快的可再生能源。由于能源危机和环境恶化问题的日益严重,风能作为最重要的替代能源之一引起了越来越多的重视,风力发电技术在世界范围内得到了巨大的发展。随着电力电子器件制造与应用技术的进步,由交流励磁双馈风力发电机构成的大型变速恒频风力发电机组已经成为目前风电开发的主流机型,特别是双馈式风力发电系统成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。本文以双馈风力发电系统为研究对象,基于统一数学模型从系统集成的角度对其构成及相关的控制技术进行了详细地研究。具体内容包括：首先在消化吸收双馈式风力发电系统的统一数学模型[28]的基础上,把网侧变换器、转子侧变换器、电网以及双馈式发电机内部运行机制有机地结合起来,从电力电子装置与电机系统集成的角度分析,将其和通用的数学模型进行比较分析,选择统一数学模型作为本文的理论基础。其次,基于双馈式风力发电系统的统一模型,使用非线性控制理论将双馈式发电系统进行精确线性化解耦,分析了双馈式风力发电系统的逆系统内模控制策略,将其和通用的控制策略进行比较分析,并利用PSCAD/EMTDC平台搭建了在此控制策略下的双馈式风力发电系统的仿真模型,然后进行了系统稳态和动态的仿真研究。最后,本文对仿真结果做以分析,验证了统一模型的有效性和逆系统内模控制策略的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 风力发电技术概述
• 1.3.1 风力机的变桨距功率调节技术
• 1.3.2 发电机的变速恒频发电技术
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 双馈式风力发电系统的模型选择
• 2.1 双馈式发电机概述
• 2.1.1 双馈式发电机的基本原理
• 2.1.2 双馈式发电机的控制技术概述
• 2.1.3 双馈电机的功率传递关系
• 2.2 双馈式风力发电系统各部分之间的统一数学模型
• 2.2.1 双馈式发电机的Γ模型
• 2.2.2 双馈式发电机与转子侧变换器的统一数学模型
• 2.2.3 网侧变换器与输入滤波电抗的统一数学模型
• 2.2.4 直流母线的数学模型
• 2.3 双馈式风力发电系统的统一数学模型
• 2.4 通用的数学模型
• 2.5 统一数学模型和通用数学模型的比较分析
• 2.6 本章小结
• 3 双馈式风力发电系统仿真模型的建立
• 3.1 仿真工具简介
• 3.2 逆系统内模控制理论
• 3.2.1 逆系统方法
• 3.2.2 内模控制
• 3.3 双馈式风力发电系统的逆系统内模控制策略
• 3.4 通用的矢量控制策略
• 3.5 逆系统内模控制和通用的矢量控制方法的比较分析
• 3.6 双馈式风力发电系统的仿真模型
• 3.6.1 双馈式风力发电系统的仿真模型
• 3.6.2 双馈式风力发电系统的逆系统内模控制模块
• 3.6.3 伪线性系统模块
• 3.6.4 双馈发电机原系统模块
• 3.7 本章小结
• 4 双馈式风力发电系统的仿真
• 4.1 双馈式风力发电系统的稳态仿真
• 4.1.1 亚同步稳定状态仿真
• 4.1.2 同步稳定状态仿真
• 4.1.3 超同步稳定状态仿真
• 4.2 双馈式风力发电系统动态变化仿真
• 4.2.1 发电机有功无功解耦仿真
• 4.2.2 发电机的动态仿真
• 4.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 原系统的逆系统的求解过程
• 在校期间所发表的论文