基于NI平台的双馈风电系统的研究

【摘要】：风电作为一种可持续发展能源,已成为新能源的中流砥柱,占据电力系统容量的比重加大,然而,日益剧增的风电系统容量伴随着风资源的间歇性、不确定性特征必将给大电网带来冲击及不稳定等问题;严格的新能源接入要求是国网公司所强制的,为了达到不必要的弃风限电措施。针对双馈风力发电系统的探究必须保证平衡系统下的可行性,继而转向三相不平衡电网电压下进行拓展研究。针对应用需求,本文运用NI公司的核心软件LabVIEW与Starsim电力与电力电子仿真建模软件联合仿真,由于Lab VIEW的图形化表达方式的特殊性,非常适合用来表示控制框图算法。Starsim与NI产品无缝结合,非常适用于实时仿真。采用NI公司的硬件产品PXI-RT高性能处理器与FPGA板卡搭建双馈风力发电实验系统平台。首先介绍了变速恒频双馈风力发电系统的基本概况;其次,建立并分析了三相平衡以及三相不平衡电网电压下网侧变流器的数学模型,详细描述了平衡系统下和故障电网电压下的相应控制策略。用NI的Starsim搭建双馈电机连接背靠背变流器的DFIG发电系统模型,通过LabVIEW图形化的编程环境构建控制算法,实现了控制目标。然后建立和分析了三相平衡以及三相不平衡电网电压下的双馈发电机的数学模型,并且对平衡电网电压下的DFIG并网控制算法和功率跟踪进行说明。然后,建立电网不平衡时双馈电机的数学模型以及4个控制目标提出的4种对应的控制算法。最后,以7.5kW双馈异步机,NI的工控机PXI-RT8108及内置FPGA板卡为控制硬件平台,用直流电机模拟4种常见风力机风速模型。分别完成网侧变流器维持直流母线电压和保证网侧三相电流正弦的目标,完成转子侧变流器并网励磁过程和最大功率跟踪的实验目标。 【关键词】：风力发电 变流器 三相不平衡 并网 功率跟踪
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 能源危机和绿色能源的大力发展9-10
• 1.2 风力发电技术的发展10-14
• 1.3 理想电网电压下的风力发电双PWM变流器研究14
• 1.4 不平衡电网电压下双馈风力发电双PWM变流器研究14-16
• 1.4.1 三相不平衡概述14-15
• 1.4.2 研究不平衡电网电压条件下DFIG变流器控制的现状15-16
• 1.5 本文研究内容16-18
• 2 双馈风力发电系统建模18-30
• 2.1 变速恒频风力发电系统介绍18-20
• 2.2 平衡电网电压下双馈电机的数学建模20-25
• 2.2.1 双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型20-22
• 2.2.2 双馈电机在两相旋转坐标系下的数学模型22-25
• 2.3 不平衡电网电压下的双馈感应电机数学模型25-26
• 2.4 平衡电网电压下网侧变流器的数学模型26-28
• 2.5 不平衡电网电压下网侧变流器的数学模型28-30
• 3 双馈风电机组网侧变流器控制策略的研究30-45
• 3.1 平衡电网电压下网侧变流器控制策略的研究30-31
• 3.2 不平衡电网电压下网侧控制策略的研究31-38
• 3.2.1 抑制负序电流的网侧变流器控制策略32-34
• 3.2.2 抑制直流侧电压波动的网侧变流器控制策略34-36
• 3.2.3 针对 8Hz电流谐波的网侧变流器控制策略改进方法36-38
• 3.3 网侧变流器仿真38-43
• 3.3.1 三相平衡时网侧变流器的仿真38-39
• 3.3.2 网侧三相不平衡抑制策略的仿真研究39-41
• 3.3.3 针对实际风电场 8Hz谐波源的仿真分析41-43
• 3.3.4 针对网侧变流器的 8Hz谐波电流提出的改进控制策略43
• 3.4 本章小结43-45
• 4 双馈风电机组转子侧变流器控制策略的研究45-53
• 4.1 平衡电网电压下转子侧变流器矢量控制45-47
• 4.2 不对称电网电压条件下转子侧控制策略研究47-48
• 4.3 不平衡电网电压下转子侧变流器控制目标48-50
• 4.4 平衡电网电压下转子侧变流器的仿真50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 双馈风力发电系统变流器控制策略实验53-62
• 5.1 系统硬件模块设计53-55
• 5.2 系统软件模块设计55-57
• 5.3 系统实验和数据分析57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 结论与展望62-63
• 6.1 本文工作总结62
• 6.2 工作展望62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士期间取得的成果67

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