具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口研究

【摘要】：风能作为一种清洁、可再生能源，它的开发利用已受到世界各国的高度重视。风力发电作为风能利用的最有效形式之一，近年得到快速发展。以风电微网形式接入主电网成为分布式风力发电的有效方式。但是风电的随机性、波动性和间歇性，造成风电微网并入主网时在接入点注入电压和频率波动、电压闪变、谐波污染等复杂的电能质量扰动，研究具有电能质量统一控制功能的风电微网并网接口具有重要的理论和应用价值。 论文首先分析了风电微网的电能质量特性，探讨了相应的改善措施,然后以全面提高风电微网和主电网高电能质量运行为目标，深入研究风电微网并网功率接口，对具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口的拓扑结构、数学建模、信号检测和控制方法进行了详细分析。在拓扑结构方面，重点研究了基于直流微网的并联变流器双并网模式结构。在信号检测方面研究了基于广义谐波理论的电压电能质量扰动和电流电能质量扰动与风电微网并网有功电流结合实时检测算法。在控制方面，重点研究了风电最大功率控制和并网接口的输出控制。根据风电系统的功率特性与风力机的运行特性，风电最大功率输出采用基于最佳电磁转矩给定的最大功率追踪方案和一种适合于永磁同步发电机的转子初始位置检测方法。输出控制算法则采用三态滞环，详细探讨了恒频三态滞环和变频三态滞环的实现方法，在此基础上，利用MATLAB/Simulink仿真平台进行了具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口的工作原理以及信号检测和控制算法的仿真。 最后进行了具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口的设计，给出了电路参数设计和基于32位浮点单元高性能TM320C28343DSP芯片为核心的硬件设计和软件设计。 【关键词】：风电 微网 并网 功率接口 电能质量 广义谐波理论
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景及意义10
• 1.2 风力发电研究现状10-13
• 1.2.1 国内外风力发电的研究现状10-12
• 1.2.2 风电发电技术12-13
• 1.3 风电微网研究13-16
• 1.3.1 交流微网发展历程与现状14-15
• 1.3.2 直流微网发展历程与现状15
• 1.3.3 混合微网发展历程与现状15-16
• 1.4 风电并网功率接口研究16-19
• 1.4.1 并网功率接口主电路结构研究现状16-17
• 1.4.2 检测方法研究现状17
• 1.4.3 控制策略研究现状17-19
• 1.5 论文的主要工作19-20
• 第二章 风电微网并网运行的电能质量特性分析20-29
• 2.1 风电微网电能质量特性分析20-24
• 2.1.1 电压波动和闪变20-21
• 2.1.2 谐波21-22
• 2.1.3 电压偏差22-23
• 2.1.4 频率23-24
• 2.2 风电电能质量指标与评估24-27
• 2.2.1 电压波动24
• 2.2.2 电压闪变24-25
• 2.2.3 谐波25-26
• 2.2.4 电压偏差26-27
• 2.2.5 三相不平衡27
• 2.2.6 频率偏差27
• 2.3 电能质量治理27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 具有电能质量统一功能的风电微网并网接口主电路研究29-37
• 3.1 有源电力滤波器与并网逆变器的特征分析29-30
• 3.2 具有电能质量统一控制功能的风电微网并网功率接口主电路30-34
• 3.2.1 整体结构30-31
• 3.2.2 风力发电机31-32
• 3.2.3 PWM 整流电路32
• 3.2.4 直流斩波电路32-33
• 3.2.5 直流微网的结构33
• 3.2.6 逆变电路33-34
• 3.3 具有统一电能质量功能的风电微网数学模型34-36
• 3.3.1 并联逆变器数学模型34-35
• 3.3.2 串联逆变器数学模型35-36
• 3.3.3 直流侧数学模型36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 风电微网并网信号检测方法研究37-44
• 4.1 广义谐波理论37-38
• 4.1.1 单相电路的广义谐波定义37-38
• 4.1.2 三相电路的广义谐波定义38
• 4.2 基于广义谐波理论的电能质量扰动信号检测38-42
• 4.2.1 基于广义谐波理论的电压电能质量扰动信号检测39-40
• 4.2.2 基于广义谐波理论的电流与有功电流检测40-42
• 4.3 工作状态42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 具有统一电能质量功能的风电微网并网控制44-59
• 5.1 风电最大功率控制44-49
• 5.1.1 风电功率特性44-45
• 5.1.2 风力机运行特性45-46
• 5.1.3 风电最大功率控制法的种类46-47
• 5.1.4 永磁同步发电机电磁转子最大功率控制47-49
• 5.2 输出滞环控制49-54
• 5.2.1 变频三态滞环控制状态转换关系51-52
• 5.2.2 恒频三态滞环电流控制52-54
• 5.3 仿真54-58
• 5.3.1 仿真模型54-55
• 5.3.2 仿真结果55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 具有统一电能质量功能的风电微网并网接口开发59-68
• 6.1 直流电容设计59
• 6.2 交流输出侧电感设计59-60
• 6.3 LC 滤波电路的设计60-61
• 6.4 电力电子器件选择61-62
• 6.5 控制系统设计62-66
• 6.5.1 硬件设计62-66
• 6.5.2 软件设计66
• 6.7 本章小结66-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-77
• 附录 B 攻读硕士学位期间参加的相关课题及所获奖励77

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