不平衡电网电压下双馈风电机组的输出特性分析和控制

【摘要】：变速恒频双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)是目前应用最为广泛的机型。综合考虑风力发电分布特点和其并网要求，对于DFIG系统的研究热点已由电网电压正常状态下的运行控制转向不平衡电网电压下的运行研究。本文主要针对电网电压不平衡对DFIG风电机组输出特性的影响及控制展开研究，建立DFIG风电机组对电网电压不平衡的适应性模型。 本文在全面分析课题背景和研究现状的基础之上，首先分析DFIG风电系统的组成和工作原理，详细研究了电网电压平衡时DFIG风电系统的数学模型和控制策略以及设计中所用到的比例-谐振控制和空间矢量脉宽调制技术，通过MATLAB/Simulink仿真验证了DFIG风电系统模型的正确性和控制技术的有效性。 其次，对于DFIG风电机组在不平衡电网电压下的基本问题进行研究，介绍电网电压不平衡度的计算方法和对称分量法的基本原理。建立电网电压不平衡下DFIG动态等效电路，用于分析电网电压不平衡度对DFIG输出特性的影响，绘制了二者之间的关系曲线并利用MATLAB/Simulink动态模型仿真加以验证。 随后设计了电网电压不平衡时系统正、负序分量的提取方法，结合瞬时功率理论对不平衡电网电压下DFIG风电系统的网侧和转子侧变换器在两相静止αβ坐标系下进行建模，与传统的基于dq坐标系下的控制方法相比，该模型省略了一级坐标变换而且可采用比例-谐振控制器实现对交流分量的直接追踪控制，降低了控制系统的实现难度；随后以网侧和转子侧变换器为控制对象，选取适当的控制目标，设计基于比例-谐振调节器的不平衡控制方法。为进一步降低电网电压不平衡产生的不利影响，对所采用的控制策略进行优化，实现网侧和转子侧变换器不同控制目标间的协同控制，建立DFIG风电机组对于不平衡电网电压下的适应性模型。最后，以1.5MW双馈风电系统为对象在MATLAB/Simulink环境下进行仿真，验证了上述控制策略的可行性和有效性。 【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 不平衡电网电压 网侧变换器 转子侧变换器 比例-谐振控制器
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.2 DFIG 风力发电系统12-13
• 1.3 不平衡电网电压下 DFIG 风电系统的研究现状13-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 电网电压平衡时 DFIG 风电系统的建模与控制17-32
• 2.1 双馈异步风力发电机17-20
• 2.1.1 双馈异步风力发电机的工作原理17-18
• 2.1.2 双馈异步风力发电机的数学模型18-20
• 2.2 DFIG 风电系统变换器的控制20-22
• 2.2.1 网侧变换器的控制20-21
• 2.2.2 转子侧变换器的控制21-22
• 2.3 比例-谐振控制与 SVPWM22-28
• 2.3.1 比例-谐振控制器22-25
• 2.3.2 SVPWM 工作原理与实现25-28
• 2.4 电网电压平衡下 DFIG 风电系统的仿真分析28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 不平衡电网电压对 DFIG 输出特性的影响研究32-48
• 3.1 不平衡电网电压下的基本问题32-36
• 3.1.1 电网电压不平衡的危害32-33
• 3.1.2 电网电压不平衡度的定义与计算33-34
• 3.1.3 对称分量法34-36
• 3.2 不平衡电网电压下 DFIG 输出特性分析36-43
• 3.2.1 不平衡电网电压下 DFIG 动态等值电路建模36-40
• 3.2.2 电网电压不平衡度对 DFIG 输出特性的影响40-43
• 3.3 不平衡电网电压下 DFIG 的动态仿真43-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 不平衡电网电压下 DFIG 风电系统的建模48-59
• 4.1 瞬时功率理论48-49
• 4.2 不平衡电网电压下 DFIG 网侧变换器的建模49-52
• 4.3 不平衡电网电压下 DFIG 转子侧变换器的建模52-55
• 4.4 不平衡电网电压下系统正、负序分量的提取55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 不平衡电网电压下 DFIG 风电系统的控制59-77
• 5.1 不平衡电网电压下 DFIG 转子侧变换器的控制59-66
• 5.2 不平衡电网电压下 DFIG 网侧变换器的控制66-72
• 5.3 不平衡电网电压下 DFIG 网侧与转子侧变换器的协调控制72-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果85-86
• 致谢86-87
• 作者简介87

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