直驱永磁同步风电机组建模及其控制系统仿真研究

论文摘要

直驱永磁同步风电机组凭借显著的技术优点,其研发受到了越来越多的关注,具有很好的发展前景。本文对直驱永磁机组的建模、控制策略及其运行特性等问题进行了研究,主要内容如下:(1)推导了永磁同步发电机在同步旋转参考坐标系下的动态方程,并对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统模型及全功率变频器系统模型进行了建模分析。(2)根据解耦控制原理,设计了直驱永磁同步风电机组综合控制系统模型,包括电机侧变频器、电网侧变频器及风力机控制系统,并通过仿真验证了模型的正确性与控制策略的可行性。(3)分析了风电场接入电网后电网电压稳定性降低的机理。用基于P～V曲线的静态电压稳定分析方法,对采用直驱永磁同步风电机组的风电场的静态电压稳定性进行了仿真研究。(4)分析了采用直驱永磁同步风电机组的风电场的暂态电压稳定性,提出了网侧变频器附加暂态电压控制器及直流电压耦合控制系统,以增强直驱永磁同步风电机组的暂态电压稳定性。(5)比较分析了基于固定转速风电机组、双馈风电机组及直驱永磁同步风电机组的风电场的短路电流特性;对基于直驱永磁同步风电机组的风电场,在两种不同控制模式下并网点的短路电流特性进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 仿真平台的选择
• 1.4 本文的主要工作
• 2.直驱永磁同步风力发电机组建模
• 2.1 引言
• 2.2 直驱永磁同步风电机组结构特点
• 2.3 风力机的空气动力学模型
• 2.4 风电机组轴系模型
• 2.5 永磁同步发电机动态模型
• 2.6 全功率变频器模型
• 2.7 小结
• 3.直驱永磁同步风电机组控制系统模型
• 3.1 引言
• 3.2 直驱永磁同步风电机组综合控制模型
• 3.3 风力机控制系统
• 3.3.1 转速及桨距角控制
• 3.3.2 最大功率跟踪控制
• 3.4 全功率变频器控制系统
• 3.4.1 发电机侧变频器控制策略
• 3.4.2 发电机侧变频器控制模型
• 3.4.3 电网侧变频器控制策略
• 3.4.4 电网侧变频器控制模型
• 3.5 模型校验与机组特性分析
• 3.5.1 有功无功解耦控制校验
• 3.5.2 直驱永磁风电机组特性分析
• 3.6 小结
• 4.基于直驱永磁风电机组的并网风电场电压稳定性分析
• 4.1 引言
• 4.2 风电场静态电压稳定性分析
• 4.2.1 静态电压稳定机理分析
• 4.2.2 仿真算例及仿真分析
• 4.3 风电场暂态电压稳定性分析
• 4.3.1 网侧变频器暂态电压控制模型
• 4.3.2 附加直流电压耦合控制器模型
• 4.3.3 仿真算例及仿真分析
• 4.4 小结
• 5.风电机组短路电流特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 仿真算例系统
• 5.3 固定转速风电机组短路电流分析
• 5.4 双馈变速风电机组短路电流分析
• 5.5 直驱永磁变速风电机组短路电流分析
• 5.5.1 恒功率因数控制模式
• 5.5.2 恒电压控制模式
• 5.6 小结
• 6.结论与展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 未来工作与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 前馈补偿解耦控制原理
• B 控制模型参考坐标系统变换原理
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目