直驱永磁风力发电系统建模与电网对其影响分析

论文摘要

近年来,受石油价格上涨以及全球气候变暖的影响,可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视；许多国家为此提出了明确的发展目标,制定了支持可再生能源发展的法规和政策,风力发电作为最具代表性的新能源,今后将会保持较快的发展趋势。目前具有实用价值的并网型变速恒频风力发电系统主要有广泛应用的双馈感应发电系统和很有发展前景的直驱永磁同步风力发电系统。与双馈风电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统没有变速齿轮箱,减小了由此而带来的机械损耗和设备的不稳定性,具有机组使用寿命长、维护方便、效率高等优点,因此定会迎来一个更广阔的发展前景。本文在研究直驱永磁同步风力发电系统数学与仿真模型的基础上,就并网后电网对其影响进行了深入研究：1.研究了直驱永磁同步风力发电系统的数学模型。对包括风速模型、风力机模型、机械传动模型、桨距角控制模型、永磁同步发电机模型等进行了分析；利用PSCAD/EMTDC电力系统专业仿真软件建立了整个系统的仿真模型。2.根据空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)工作原理,设计了整个直驱永磁同步风力发电系统的控制系统模型,包括：发电机侧整流器控制系统和电网侧逆变器控制系统。3.结合直驱永磁同步风力发电系统的动态性能,对并网后电网非正常运行状态对风力发电系统影响作了仿真分析,研究了电压跌落、接地故障、断线故障情况下整个发电系统的暂态性能分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 风力发电综述
• 1.1.1 风力发电的发展现状
• 1.1.2 我国风力发电的现状与前景
• 1.1.3 风力发电机组的分类与发展趋势
• 1.2 直驱永磁同步风力发电系统研究现状与发展前景
• 1.3 风电机组与电网并网的相互影响
• 1.3.1 风力发电系统对电力系统的影响
• 1.3.2 电网故障对风力发电系统的影响
• 1.4 本文的主要工作
• 2 直驱永磁同步风力发电系统建模
• 2.1 直驱永磁风力发电系统的基本构成
• 2.2 风速模型
• 2.3 空气动力学模型
• 2.4 永磁同步发电机数学模型
• 2.4.1 永磁同步电机A-B-C坐标系下数学模型
• 2.4.2 永磁同步发电机基于d-q坐标系下数学模型
• 2.5 小结
• 3 直驱永磁同步风力发电系统的控制策略分析
• 3.1 空间电压矢量控制系统
• 3.1.1 空间电压矢量脉宽调制技术综述
• 3.1.2 SVPWM控制机理
• 3.2 桨距角控制策略分析
• 3.3 背靠背双PWM全功率变流器控制策略分析
• 3.3.1 发电机侧整流器控制策略
• 3.3.2 电网侧逆变器控制策略
• 3.4 小结
• 4 基于PSCAD/EMTDC环境下的仿真研究
• 4.1 空气动力机械仿真模型
• 4.1.1 风速的仿真模型
• 4.1.2 风力机仿真模型
• 4.1.3 机构传动系统仿真模型
• 4.2 永磁同步发电机仿真建模
• 4.3 桨距角控制仿真模型
• 4.4 背靠背双PWM全功率变流器的仿真模型
• 4.5 直驱永磁风力发电系统的仿真模型验证分析
• 4.5.1 无桨距角控制仿真分析
• 4.5.2 变桨距角控制仿真分析
• 4.5.3 结论
• 4.6 小结
• 5 电网对直驱风力发电系统的影响仿真分析
• 5.1 电网电压跌落情形下的响应特性仿真分析
• 5.1.1 电压跌落的理论概述
• 5.1.2 电网电压跌落时的动态仿真研究
• 5.2 电网接地故障动态仿真
• 5.2.1 单相接地故障仿真分析
• 5.2.2 三相接地故障仿真分析
• 5.3 电网断线故障动态仿真
• 5.3.1 电网单相断线故障仿真分析
• 5.3.2 两相断线故障仿真分析
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 直驱永磁同步风力发电系统仿真模型
• B 前馈补偿解耦控制原理
• 在校期间所发表的论文