永磁直驱风力发电系统低电压穿越控制技术研究

论文摘要

随着风电产业的不断发展,风电机组不具备低电压穿越能力已成为影响其并网运行的关键因素。本文围绕永磁直驱风电机组的低电压穿越技术展开研究,完成的主要工作和取得的成果如下：(1)深入研究了永磁直驱风电机组的工作原理和运行特性,建立了相应的数学模型；研究了该风电机组的低电压运行特性,论证了实现其低电压穿越的关键是抑制变流器直流侧电压波动。(2)研究了基于变流器直流侧并联Crowbar电路实现永磁直驱风电机组低电压穿越的控制策略。该控制策略通过卸荷电阻或储能器件吸收部分为变流器直流侧电容充电的能量,达到抑制变流器直流侧电压波动的目的。(3)提出了一种基于功率跟踪优化的永磁直驱风电机组低电压穿越控制方法。该方法通过切换功率跟踪曲线,调节风力发电机的输出功率,以消除变流器两端的功率不平衡,维持直流侧电压的稳定。(4)提出了一种基于转子储能和有功无功协调实现永磁直驱风电机组低电压穿越的控制方案。该方案采用机侧变流器控制直流环节电压、网侧变流器控制最大功率跟踪和有功无功协调。通过转子储能方式稳定直流电压；通过对输出无功功率的控制调节电网电压；提高了风电机组的低电压穿越能力,并实现了高电压穿越控制。(5)构建了完整的永磁直驱风电系统仿真模型,对本文所述用于实现和优化风电机组低电压穿越的控制策略均进行了仿真实验,仿真结果验证了本文所提控制策略的有效性和优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 风力发电的背景与发展
• 1.1.1 风力发电的背景
• 1.1.2 风力发电的优势
• 1.1.3 风电产业的发展概况
• 1.1.4 风力发电技术简介
• 1.2 课题的背景与现状
• 1.2.1 低电压穿越技术的背景
• 1.2.2 低电压穿越技术的相关规定
• 1.2.3 低电压穿越技术的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 永磁直驱风电机组的建模与控制
• 2.1 风力机的建模与控制
• 2.1.1 风能计算
• 2.1.2 风能基本理论
• 2.1.3 风力机的特性
• 2.1.4 风力机的最大功率跟踪原理
• 2.1.5 风力机的控制
• 2.2 网侧变流器的建模与控制
• 2.2.1 PWM变流器的数学模型
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 网侧变流器控制
• 2.3 机侧变流器的建模与控制
• 2.3.1 永磁同步发电机的数学模型
• 2.3.2 转子磁链定向控制
• 2.3.3 机侧变流器控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 PMSG低电压运行特性分析
• 3.1 永磁直驱风电机组的传统控制策略
• 3.1.1 网侧变流器的外环控制策略
• 3.1.2 机侧变流器的外环控制策略
• 3.2 PMSG在电网电压跌落过程中的暂态响应分析
• 3.3 基于Crowbar电路的PMSG低电压穿越技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于功率跟踪优化实现PMSG低电压穿越的研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于功率跟踪优化抑制直流电压波动的原理
• 4.3 基于功率跟踪曲线优化实现PMSG低电压穿越的控制策略
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于转子储能与有功无功协调实现PMSG低电压穿越
• 5.1 引言
• 5.2 系统的控制结构
• 5.3 系统的工作原理
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢