双馈风力发电系统网侧并联变流器环流控制研究

双馈风力发电系统网侧并联变流器环流控制研究

论文摘要

随着可再生能源越来越受到重视,风能近年来倍受关注,风能的开发和利用成为当前绿色能源中最具实用前景发电技术之一。风能作为清洁能源的重要组成部分,取之不尽,用之不竭,无污染。同时,风电场建设周期短,见效快,建成后运行成本低,维护工作量不大。大功率双馈风力发电系统是目前的主流风力发电系统之一。在双馈型变速恒频风力发电系统中,由于风速的变化,发电机的输出为变压变频交流电。双PWM变流器通过向双馈发电机的转子绕组中注入转差频率的电流进行励磁,可以调节定子侧感应电压,实现柔性并网。并网后网侧变流器与转子侧变流器配合运行,实现能量的双向流动。从国际风力发电技术发展的趋势来看,风力发电机组的容量越来越大,陆地风力发电机主流机型单机容量在1.5MW、2MW,海上风力发电机主流机型单机容量在3MW、5MW。随着单机容量的不断增大,单个并网变流器已经远不能满足要求。如果采用更大功率的功率器件,耗费成本会更大,因此变流器并联运行变得愈发重要。多台变流器并联运行不仅可以提高整机的功率等级,而且提高了系统的可靠性和灵活性,但会在并联变流器之间带来环流。本文主要研究内容是双馈风力发电系统中网侧并联变流器环流控制。本文对并联网侧变流器中三相电流在旋转坐标系下的零序分量的控制策略进行了深入分析探讨,并提出了在传统控制策略基础上增加一个零序电流环以控制零序环流。论文首先介绍了目前风力发电技术的研究现状,分析了变速恒频双馈风力发电系统的运行原理。然后,建立双馈风力发电系统的数学模型,分析了PWM型变流器的基本结构,提出了网侧单台和并联变流器的控制策略,以及基于定子磁场定向的双馈风力发电机侧变流器控制方式。最后,搭建仿真和实验平台,对变速恒频双馈风力发电和网侧变流器并联相关理论进行验证,仿真和实验的结果证明了控制策略的有效性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及意义
  • 1.2 国内外风能开发现状
  • 1.2.1 全球风力发电发展情况
  • 1.2.2 我国风力发电发展情况
  • 1.2.3 风力发电主流机型的发展方向
  • 1.3 本文主要研究内容及结构安排
  • 第2章 双馈风电机组控制策略
  • 2.1 变速恒频风力发电机组的运行特性
  • 2.1.1 风能计算
  • 2.1.2 风力机组的运行特性
  • 2.2 双馈风力发电机的运行原理
  • 2.3 PWM 变流器数学模型
  • 2.4 直流侧数学建模
  • 2.5 电网电压定向矢量控制
  • 2.6 DFIG 控制策略
  • 2.6.1 三相静止坐标系下的 DFIG 数学模型
  • 2.6.2 两相同步旋转坐标系下的 DFIG 数学模型
  • 2.6.3 并网前控制策略
  • 2.6.4 并网后控制策略
  • 2.7 本章小结
  • 第3章 网侧并联变流器的环流控制策略
  • 3.1 直接并联与交错并联的网侧谐波比较分析
  • 3.2 并联变流器数学模型分析
  • 3.3 交错并联系统的环流问题分析
  • 3.4 基于改进型 SVPWM 的交错并联控制策略
  • 3.5 并联控制策略对比仿真
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 双馈感应风力发电系统仿真和实验研究
  • 4.1 双馈风力发电系统试验平台
  • 4.2 双馈风力发电系统硬件结构
  • 4.2.1 PWM 单元电路及主回路
  • 4.2.2 DSP 控制回路
  • 4.3 双馈风力发电系统软件设计
  • 4.4 双馈风力发电系统仿真实现
  • 4.5 双馈风力发电系统实验结果分析
  • 4.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
  • 附录 B 攻读学位期间参加的实验项目
  • 致谢
  • 相关论文文献

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