双馈风力发电励磁控制系统的研究

论文摘要

能源问题日益突出,发展可再生能源,对于解决能源问题具有深远的意义。本文以变速恒频双馈风力发电励磁系统的控制为主题,进行了多方面、深入的理论分析和仿真研究。本文首先分析了双馈风力发电励磁系统在理想电网状况下的控制。对励磁系统的建模、功率关系进行了推导。确立了基于定子电压定向的双馈风力发电机控制模型,以及基于电网电压定向的网侧变换器控制模型。实现了发电机输出有功、无功功率的解耦控制。其次,分析了风力机特性,讨论了最大风能捕获控制的实现方法。并通过MATLAB分别做了仿真分析。随着风力发电机组装机容量的不断增大,电网对风力发电系统的运行性能提出了更高的要求,要求风电系统尽可能在电网质量较差的情况下能不脱网运行。本文分析了双馈风力发电机在不对称电网故障时以及故障恢复时的动态响应。表明不对称电网故障时双馈风力发电系统存在暂态分量和稳态分量的波动,进而提出了加速暂态分量衰减的控制方法。MATLAB仿真结果验证了理论分析的正确性和控制方法的可行性。最后,解决了双馈风力发电机在电网电压稳态不对称状况下的控制问题。在电网电压不对称条件下,传统的PI电流控制器无法实现转子电流正、负序分量的分别控制。因此,本文首先分析了考虑负序分量的双馈风力发电机数学模型和功率关系,讨论了在各种消除脉动控制目标下转子参考电流的计算。并且,介绍了电流的比例谐振(PR)控制器,将电流内环放在两相静止坐标系下控制,避免了使用正负序分离滤波器带来的延时。最后,通过MATLAB仿真分析表明了PR转子电流控制器具有优良的动态性能,能够实现各种控制目标,实现不平衡电网下励磁系统的控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.3 变速恒频双馈风力发电系统简介
• 1.4 课题研究目的与完成的工作
• 第2章 理想电网下双馈风电励磁系统的建模与控制
• 2.1 双馈风力发电励磁系统的基本原理
• 2.1.1 电励磁系统基本原理
• 2.1.2 励磁系统的功率流分析
• 2.2 双馈风力发电机的建模与控制
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 两相同步旋转坐标系下的数学模型
• 2.2.4 双馈风力发电机的控制
• 2.3 双馈风力发电网侧变换器的建模与控制
• 2.3.1 网侧变换器的数学模型
• 2.3.2 网侧变换器的控制
• 2.4 仿真分析
• 2.5 小结
• 第3章 最大风能捕获控制
• 3.1 风力机特性
• 3.2 风力发电机组运行区域
• 3.3 最大功率捕获的实现
• 3.3.1 最大功率曲线
• 3.3.2 双馈风力发电机的控制模式
• 3.4 仿真分析
• 3.5 小结
• 第4章 不对称电网故障下双馈风力发电机的动态分析
• 4.1 概述
• 4.2 不对称故障时的机端电压
• 4.3 不对称电网故障时的动态响应
• 4.4 电网故障恢复时的动态响应
• 4.5 暂态分量的抑制控制
• 4.5.1 稳定性分析
• 4.5.2 暂态分量的加速衰减
• 4.6 仿真分析
• 4.7 小结
• 第5章 稳态不对称电网下双馈风力发电励磁系统的建模与控制
• 5.1 概述
• 5.2 考虑负序分量的双馈风力发电机数学模型
• 5.3 不对称电网下双馈风力发电机的控制策略
• 5.3.1 电网电压定向下的功率模型
• 5.3.2 参考电流的计算
• 5.4 比例谐振电流控制
• 5.4.1 比例谐振电流调节器
• 5.4.2 两相静止坐标系下转子电压方程
• 5.4.3 控制系统的构成
• 5.5 仿真分析
• 5.6 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文