分布式电源建模及变速恒频风电系统的控制策略研究

【摘要】：随着全球能源供应紧张、环境污染严重，以及集中式发电、远距离输电和电网互联的大规模电力系统的弊端日益呈现，分布式发电技术越来越受到世界各国的关注和利用。将大电网系统和分布式发电系统联合运行的方式，已经被许多国内外电力专家和学者认为是降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，各种分布式电源在现代电力系统中得到广泛的应用。 本文首先分析了三种分布式电源的特点及其优缺点，对三种分布式电源进行了建模分析。利用仿真软件搭建光伏电池模型、简化的质子交换膜燃料电池模型和风力发电系统模型，通过仿真分别得到三种分布式电源的相关特性曲线。 接着，对当前风力发电占主流的变速恒频双馈式风力发电系统进行研究，分析风力机在额定风速以下时最大风能跟踪控制策略和额定风速以上时变桨距控制策略。根据双馈发电机的等效电路，研究了转子侧变换器采用发电机定子磁链定向控制技术实现定子输出有功、无功的解耦控制；以及网侧变换器采用电网电压定向矢量控制技术在保证网侧功率因数恒定的条件下，实现了直流母线电压恒定。通过仿真实验验证了以上控制策略的正确性和有效性。 然后，分析了电网电压跌落两个过程对双馈式风力发电系统的影响。在电网电压发生跌落时，会引起双馈电机内部剧烈的电磁过渡过程，风力机输出有功减少而无功会增加，电磁转矩的绝对值会减小，发电机转子转速增加，定子电流和转子电流也会增大。在电网电压跌落和恢复瞬间，电磁转矩和直流电容的电压都会发生强烈的振荡。通过仿真分别得到三种不同电压降落下双馈风力发电系统中有功功率、无功功率、转速、直流电压等相关量的动态响应曲线。 最后，搭建变速恒频双馈式风力发电的电力系统模型，通过仿真分析，分别研究了单相短路接地和三相短路接地故障对风力发电系统的影响。从结果可以看出，与电网发生单相短路接地故障相比，三相短路接地故障会对风力发电机组的运行造成更大的影响。 【关键词】：分布式电源 风力发电 变速恒频 双馈感应发电机 电压跌落 电网故障
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10
• 1.2 太阳能光伏发电的研究现状10-11
• 1.3 燃料电池的研究现状11-12
• 1.4 风力发电的研究现状12-17
• 1.4.1 变速恒频风力发电系统13-14
• 1.4.2 风力发电系统的建模和研究14-16
• 1.4.3 电压跌落对风电系统影响的研究现状16
• 1.4.4 电网短路故障对风电系统影响的研究现状16-17
• 1.5 本文的主要工作17-18
• 第二章 三种分布式电源的建模分析18-31
• 2.1 光伏发电的建模分析18-21
• 2.1.1 光伏电池的数学模型18-19
• 2.1.2 光伏电池的仿真模型及仿真结果19-21
• 2.2 质子交换膜燃料电池的建模分析21-24
• 2.2.1 质子交换膜燃料电池的数学模型21-23
• 2.2.2 质子交换膜燃料电池的仿真模型及仿真结果23-24
• 2.3 风力发电系统的建模分析24-30
• 2.3.1 风速模型24-25
• 2.3.2 风力机及传动系统模型25-26
• 2.3.3 风力发电机结构及数学模型26-28
• 2.3.4 仿真分析28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 变速恒频风力发电系统控制策略31-43
• 3.1 双馈风力发电系统基本结构32-33
• 3.2 风力机最大风能捕获和变桨距控制33-35
• 3.3 交直交变换器控制策略35-39
• 3.3.1 转子侧变换器控制策略35-37
• 3.3.2 网侧变换器控制策略37-39
• 3.4 仿真分析39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 不同电压跌落对风电系统的影响分析43-51
• 4.1 理论分析43-44
• 4.1.1 电压降落过程43-44
• 4.1.2 电压恢复过程44
• 4.2 不同电压跌落情况下的仿真分析44-49
• 4.2.1 仿真实验参数及模型45
• 4.2.2 仿真结果及分析45-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 短路故障对风电系统的影响分析51-58
• 5.1 电力系统模型51-52
• 5.2 仿真分析52-57
• 5.2.1 单相短路52-55
• 5.2.2 三相短路55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 总结与展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文目录65-66
• 附录 B 攻读学位期间参加的相关课题66

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