基于PSCAD的双馈风力发电机控制系统的研究

论文摘要

在能源短缺和环境污染日益严重的今天,对可再生能源的开发和利用具有十分重要的意义,风力发电是新能源中技术最成熟、最具备规模开发条件和最具商业化发展前景的发电方式之一,对此,世界各国普遍重视并竞相大力发展。采用双馈感应电机的变速恒频风力发电系统作为当前的主流风电技术,实现了风电机组和电网之间的柔性连接,具有风电转换效率高,励磁变流器容量小等优点,高效经济的特点使其成为风力发电技术的重要研究方向,具有广阔的发展前景。本文围绕变速恒频双馈风力发电的控制系统为中心,进行了从理论到仿真多方面的细致研究。首先,在分析风力机和双馈风力发电系统基本原理的基础上,建立了双馈感应发电机(DFIG)等值电路和数学模型,并分析了在不同参考坐标系下双馈电机数学模型的特点。其次,分析了双馈感应发电机转子励磁电源双PWM变流器的特点,建立了网侧变流器在同步旋转坐标系下的数学模型,研究了网侧变流器的矢量控制方法,以及空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法在PSCAD中的实现,并通过PSCAD仿真,验证了控制方法的正确性。再次,讨论了双馈感应发电机的矢量控制技术,根据风力机的运行特性及其最大风能追踪原理,提出了PSCAD软件中风力机的数学模型及参数选取方法,在此基础上,根据定子磁链定向的矢量控制策略,分别采用转速控制模式和功率控制模式,实现了双馈风力发电系统的最大风能追踪以及有功功率、无功功率的解耦控制。最后,根据电网对风电机组并网的要求,分析了双馈感应发电机低电压穿越技术,并通过软件仿真验证了Crowbar过电流保护能够实现双馈感应发电机在电网故障下的低电压穿越。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 风力发电机系统研究现状
• 1.2.2 励磁控制系统研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 双馈风力发电系统的基本理论
• 2.1 风力机基本原理
• 2.1.1 风力机功率控制原理
• 2.1.2 风力机基本特性
• 2.2 双馈感应发电机运行的基本理论
• 2.2.1 双馈感应发电机的电磁关系
• 2.2.2 双馈感应发电机的数学模型
• 2.3 双馈感应发电机的功率关系
• 2.4 本章小结
• 3 网侧变流器及其控制
• 3.1 变流器简介及其数学模型
• 3.1.1 双PWM 变流器简介
• 3.1.2 网侧变流器的数学模型
• 3.2 网侧变流器的控制策略
• 3.3 SVPWM 的原理与实现
• 3.4 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 4 双馈感应发电机的并网运行控制研究
• 4.1 双馈感应发电机的矢量控制技术
• 4.1.1 定子磁链定向矢量控制
• 4.1.2 电流滞环控制的原理
• 4.2 并网运行双馈感应发电机最大风能追踪控制
• 4.2.1 PSCAD 中的风力机模型
• 4.2.2 转速控制模式的最大风能追踪
• 4.2.3 功率控制模式的最大风能追踪
• 4.3 双馈风电机组的低电压穿越研究
• 4.3.1 风电机组的低电压穿越简介
• 4.3.2 基于Crowbar 保护的双馈风电机组LVRT 研究
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的研究成果