直驱永磁同步风电机组建模及其控制系统仿真研究

【摘要】： 直驱永磁同步风电机组凭借显著的技术优点,其研发受到了越来越多的关注,具有很好的发展前景。本文对直驱永磁机组的建模、控制策略及其运行特性等问题进行了研究,主要内容如下: (1)推导了永磁同步发电机在同步旋转参考坐标系下的动态方程,并对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统模型及全功率变频器系统模型进行了建模分析。 (2)根据解耦控制原理,设计了直驱永磁同步风电机组综合控制系统模型,包括电机侧变频器、电网侧变频器及风力机控制系统,并通过仿真验证了模型的正确性与控制策略的可行性。 (3)分析了风电场接入电网后电网电压稳定性降低的机理。用基于P～V曲线的静态电压稳定分析方法,对采用直驱永磁同步风电机组的风电场的静态电压稳定性进行了仿真研究。 (4)分析了采用直驱永磁同步风电机组的风电场的暂态电压稳定性,提出了网侧变频器附加暂态电压控制器及直流电压耦合控制系统,以增强直驱永磁同步风电机组的暂态电压稳定性。 (5)比较分析了基于固定转速风电机组、双馈风电机组及直驱永磁同步风电机组的风电场的短路电流特性;对基于直驱永磁同步风电机组的风电场,在两种不同控制模式下并网点的短路电流特性进行了分析。 【关键词】：风电机组 永磁同步发电机 解耦控制 电压稳定性 短路电流
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM315;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1.绪论7-12
• 1.1 选题背景与意义7-9
• 1.2 研究现状9-10
• 1.3 仿真平台的选择10-11
• 1.4 本文的主要工作11-12
• 2.直驱永磁同步风力发电机组建模12-19
• 2.1 引言12
• 2.2 直驱永磁同步风电机组结构特点12-13
• 2.3 风力机的空气动力学模型13-14
• 2.4 风电机组轴系模型14-15
• 2.5 永磁同步发电机动态模型15-17
• 2.6 全功率变频器模型17-18
• 2.7 小结18-19
• 3.直驱永磁同步风电机组控制系统模型19-34
• 3.1 引言19
• 3.2 直驱永磁同步风电机组综合控制模型19-20
• 3.3 风力机控制系统20-21
• 3.3.1 转速及桨距角控制20-21
• 3.3.2 最大功率跟踪控制21
• 3.4 全功率变频器控制系统21-29
• 3.4.1 发电机侧变频器控制策略21-24
• 3.4.2 发电机侧变频器控制模型24-25
• 3.4.3 电网侧变频器控制策略25-28
• 3.4.4 电网侧变频器控制模型28-29
• 3.5 模型校验与机组特性分析29-33
• 3.5.1 有功无功解耦控制校验29-30
• 3.5.2 直驱永磁风电机组特性分析30-33
• 3.6 小结33-34
• 4.基于直驱永磁风电机组的并网风电场电压稳定性分析34-49
• 4.1 引言34-35
• 4.2 风电场静态电压稳定性分析35-42
• 4.2.1 静态电压稳定机理分析35-38
• 4.2.2 仿真算例及仿真分析38-42
• 4.3 风电场暂态电压稳定性分析42-48
• 4.3.1 网侧变频器暂态电压控制模型42-43
• 4.3.2 附加直流电压耦合控制器模型43
• 4.3.3 仿真算例及仿真分析43-48
• 4.4 小结48-49
• 5.风电机组短路电流特性分析49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 仿真算例系统49
• 5.3 固定转速风电机组短路电流分析49-51
• 5.4 双馈变速风电机组短路电流分析51-52
• 5.5 直驱永磁变速风电机组短路电流分析52-57
• 5.5.1 恒功率因数控制模式53-54
• 5.5.2 恒电压控制模式54-57
• 5.6 小结57-59
• 6.结论与展望59-61
• 6.1 全文结论59-60
• 6.2 未来工作与展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录66-69
• A 前馈补偿解耦控制原理66-67
• B 控制模型参考坐标系统变换原理67-69
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目69

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