柔性交流输电技术在风电系统中的仿真研究

【摘要】：风能是一种重要的可再生能源,风力发电技术是电力系统领域研究的重要方向之一。由于风能具有波动性和间歇性的特点,由多台风力发电机组组成的风电场接入电力系统中会对系统的稳定性造成较大影响。导致风电场并网点的公共母线电压水平下降,从而影响电网电能质量。 柔性交流输电技术(FACTS)能有效的提高交流系统的安全稳定性。静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)是应用最广泛的两种FACTS设备。将SVC与STATCOM作为无功补偿单元接入电网,可解决风电场并网的母线电压稳定问题。 通过研究TCR+FC型SVC的工作原理,针对模糊控制与PI控制各自的优缺点,及风电场的特点,将模糊控制与PI控制相结合,对SVC采用了模糊-PI复合控制方法。利用MATLAB仿真软件验证了该控制方法的有效性。并将采用模糊-PI复合控制方法的SVC作为无功补偿单元接入风电场并网点公共母线,投入的SVC补偿了无功,抑制了母线电压波动,避免了风速的变化使得母线电压过低而出现风机切机事故。 级联H桥型STATCOM代表了STATCOM的发展方向,它的控制方法可分为电流间接控制和电流直接控制两大类,现在主要应用的均为电流间接控制法。为进一步提高无功补偿的动态性能,在分析级联H桥型STATCOM的工作原理和拓扑结构的基础上,将采用载波相移脉宽调制(CPS-SPWM)方式并结合模糊自适应PI原理的改进型电流直接控制方法应用于级联H桥型STATCOM的控制器设计,并将所设计的STATCOM作为无功补偿单元接入风电场并网点公共母线,仿真验证了所设计的STATCOM对风电场并网点公共母线的稳压作用。相比于SVC,应用STATCOM母线电压的变化更为平缓,更接近1.0pu,可达到更好的稳压效果。 【关键词】：静止无功补偿器 静止同步补偿器 风电场 级联H桥
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM721.2;TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 世界能源问题的挑战与机遇9-10
• 1.1.2 国际风力发电研究应用现状10-11
• 1.1.3 我国风力发电技术研究现状11-12
• 1.2 并网型风力发电系统对电网造成的影响12-13
• 1.2.1 并网型风力发电系统简介12
• 1.2.2 风电场并网对电网产生的影响12-13
• 1.3 风电场的无功补偿原理13-14
• 1.4 柔性交流输电技术发展及应用状况简介14-15
• 1.5 各种无功补偿设备在风力发电系统无功补偿中的应用现状15-17
• 1.5.1 并联电力电容器应用于风力发电系统无功补偿的研究现状15-16
• 1.5.2 SVC 应用于风力发电系统无功补偿的研究现状16
• 1.5.3 STATCOM 应用于风力发电系统无功补偿的研究现状16-17
• 1.6 本文研究的主要内容17-18
• 第二章 恒速恒频风力发电机组的工作原理及建模仿真18-33
• 2.1 风力发电机组的组成18-19
• 2.2 风力发电机组的分类与基本结构19-22
• 2.2.1 恒速恒频风力发电机组基本结构19-20
• 2.2.2 变速恒频风力发电机组基本结构20-22
• 2.3 风力发电的基本原理22-25
• 2.3.1 风速模型22-23
• 2.3.2 风能的计算23-24
• 2.3.3 风能转化效率24-25
• 2.4 异步发电机的基本原理与运行特性25-28
• 2.4.1 异步电机的机械特性25-26
• 2.4.2 异步电机的稳态数学模型26-27
• 2.4.3 异步电机的动态数学模型27-28
• 2.5 风力发电并网系统仿真28-32
• 2.5.1 仿真软件MATLAB 简介28
• 2.5.2 风电场的电气主接线形式28
• 2.5.3 系统的算例仿真建模28-30
• 2.5.4 各种风速情况下的模拟仿真30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 SVC 在风电场无功补偿中的应用33-54
• 3.1 静止无功补偿器(SVC)的工作原理33-37
• 3.1.1 静止无功补偿器(SVC)的分类33
• 3.1.2 SVC 装置的补偿原理33-37
• 3.2 模糊控制及PID 控制的基本原理37-42
• 3.2.1 模糊逻辑理论的提出及实际意义37
• 3.2.2 模糊控制的基本原理37-39
• 3.2.3 模糊控制器的分类39-40
• 3.2.4 单变量模糊控制器设计步骤40-41
• 3.2.5 PID 控制41-42
• 3.3 SVC 的一般控制方法42
• 3.4 SVC 模糊-PI 复合控制器设计42-48
• 3.4.1 模糊-PI 复合控制器的基本结构42-43
• 3.4.2 SVC 的模糊-PI 复合控制器的设计43-48
• 3.5 SVC 接入风力发电系统的仿真分析48-53
• 3.5.1 SVC 的MATLAB 建模48-49
• 3.5.2 SVC 接入10kV 母线仿真49-51
• 3.5.3 SVC 装置接入风力发电系统仿真51-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 级联型 STATCOM 在风电场无功补偿中的应用54-74
• 4.1 大功率STATCOM 的分类54-55
• 4.1.1 大功率STATCOM 的发展54
• 4.1.2 大功率STATCOM 主电路的拓扑分类54-55
• 4.2 级联型STATCOM 的工作原理55-58
• 4.3 级联H 桥型STATCOM 的主电路结构58-59
• 4.4 级联H 桥型STATCOM 调制策略59
• 4.5 级联H 桥型STATCOM 的电流直接控制策略59-62
• 4.6 采用模糊自适应PI 的改进型电流直接控制方法62-65
• 4.6.1 模糊自适应PI 控制原理62-63
• 4.6.2 模糊自适应PI 控制对电流直接控制方法的改进63
• 4.6.3 模糊自适应PI 控制规则的设计63-65
• 4.7 级联H 桥型STATCOM 的MATLAB 建模仿真65-69
• 4.8 级联H 桥型STATCOM 接入风力发电系统仿真分析69-72
• 4.9 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-79
• 发表文章目录79-80
• 致谢80-81
• 详细摘要81-89

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