变速恒频双馈风电机组并网控制策略研究

【摘要】： 随着风力发电规模的迅速发展,风电在电网中的比例越来越大,大型风力发电机组的并网运行控制问题目前得到了广泛的关注。双馈风力发电机组是目前最广泛采用的风电机组类型,由于其自身结构的特点,其大规模的应用会给机组自身控制和电网安全稳定运行带来一系列的问题。为满足未来电网并网规约对风电机组运行的要求,本论文对双馈风电机组的并网运行控制策略进行了研究。研究内容主要包括: 建立了双馈发电机在电网同步坐标系下的数学模型,给出了双馈发电机阶段并网控制方法。根据双馈风力发电机运行的特点,针对双馈发电机并网前空载励磁阶段和并网后发电运行阶段分别采用了不同的无速度传感器矢量控制方案。在发电机并网前,根据双馈发电机空载时定子侧电压估计发电机并网前转速及转子位置,在并网运行阶段,采用一种基于双馈电机磁链关系的模型参考自适应方法进行转速及转子位置的跟踪。仿真和实验结果表明了这种方法的有效性。 双馈发电机组电网故障情况下的低电压穿越控制问题是本文研究的重点。根据双馈风力发电机内部的电磁关系,分析了理想三相对称短路情况下双馈发电机运行状态对短路电流的影响。在此基础上本文提出了一种基于电网电压矢量定向的双馈发电机灭磁控制策略。研究表明这种方法可以在电网电压跌落程度较小的情况下有效地减小双馈风力发电机定子磁链中直流暂态分量的影响,提高双馈风电系统的稳定性。研究了电网对称故障情况下基于active crowbar的双馈发电机的控制策略。通过crowbar的合理设计和控制,可以实现电网严重对称故障情况下的低电压穿越运行。 在风电机组的控制中,电网同步信息的准确获取是对风电机组控制的关键。针对传统的三相电网相角检测方法在电网波动及故障情况下的不足,本文提出了一种新型的数字锁相环设计方法。所提出的锁相环在正序负序双同步坐标系下,采用移相控制器消除电网不平衡电压带来的影响。针对电网频率偏移造成的移相的偏差,采用变周期采样的方法使系统有效的跟踪电网频率的变化。在电网不对称故障情况下,针对双馈发电机采用了正序和负序双同步坐标系下的矢量控制策略,分析了不同控制目标下所需的转子负序电流给定值。 针对网侧变换器的控制,本文在传统的PWM整流器矢量控制方法的基础上,改进了正序负序双同步坐标系下的矢量控制方法,这种方法既可以根据不同控制目标对正序负序电流进行单独控制,也可以有效避免采用双同步坐标系可能带来的谐波问题。针对目前广泛采用的LCL滤波器,提出了一种不需添加额外传感器的有源阻尼控制方法,实验结果验证了这种方法的有效性。 结合双馈风电机组的运行特点,提出了一种改进的配电网双馈风电场的电压控制策略。其中既包括传统的通过无功功率控制电网电压的方法也包括电网负序电压的补偿控制策略。给出了双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述了双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出了通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。研究结果表明这种电压控制方法在风电场配电网连接条件下可以有效地提高风电场及机组运行的稳定性。 研制了一套双馈风电机组实验室模拟平台。模拟平台上目前能够实现双馈发电机的无冲击并网运行控制,亚同步到超同步区间的变速恒频运行,发电机的有功无功功率解耦控制以及功率变换器的能量双向流动控制等功能。在实验室模拟平台基础上,以一个实际工程项目为背景研制了一套1.5MW双馈发电机组的功率变换器控制系统,并在试验站完成了部分地面测试。 【关键词】：风力发电 双馈风电机组 电网故障 低电压穿越 矢量控制 PWM变换器 风电场电压控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第1章 绪论13-32
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义13-14
• 1.2 风力发电技术发展研究现状14-20
• 1.2.1 风力发电系统常用的机组类型及发展趋势14-18
• 1.2.2 风电机组并网运行要求18-20
• 1.3 双馈风电机组的并网控制策略20-30
• 1.3.1 网侧变换器控制技术21-23
• 1.3.2 常规条件下双馈发电机控制技术23-24
• 1.3.3 电网故障情况下双馈风电机组控制策略24-30
• 1.3.4 双馈风电场电压及无功功率控制技术30
• 1.4 本论文的主要研究内容30-32
• 第2章 双馈发电机的矢量控制技术研究32-44
• 2.1 引言32
• 2.2 双馈发电机的数学模型32-36
• 2.3 双馈发电机矢量控制方法36-37
• 2.4 双馈发电机无速度传感器矢量控制方法37-43
• 2.4.1 双馈电机无速度传感器空载励磁控制38-39
• 2.4.2 发电运行阶段无速度传感器控制39-41
• 2.4.3 仿真及实验结果41-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第3章 电网对称故障情况下双馈发电机控制策略研究44-66
• 3.1 引言44
• 3.2 电网故障及风电机组运行标准简介44-48
• 3.2.1 电网故障简介44-46
• 3.2.2 风电机组低电压穿越要求46-48
• 3.3 电网对称故障对双馈发电机的影响48-56
• 3.3.1 对称故障时定子磁链变化48-49
• 3.3.2 双馈发电机短路电流分析49-55
• 3.3.3 非理想情况三相对称故障影响55-56
• 3.4 双馈机组active crowbar 控制策略56-59
• 3.4.1 Active crowbar 结构及控制方法56-57
• 3.4.2 Active crowbar 仿真分析57-59
• 3.5 双馈发电机灭磁控制策略研究59-65
• 3.5.1 双馈电网电压矢量控制稳定性分析60-61
• 3.5.2 所提出的新型灭磁控制策略及分析61-63
• 3.5.3 灭磁控制策略仿真研究63-65
• 3.6 本章小结65-66
• 第4章 电网不对称故障检测及双馈发电机控制策略66-86
• 4.1 引言66
• 4.2 电网不平衡情况下电网同步信息检测方法66-74
• 4.2.1 传统的检测方法66-67
• 4.2.2 所提出新型锁相环原理67-73
• 4.2.3 新型锁相环实验分析73-74
• 4.3 电网不平衡条件下双馈发电机控制策略研究74-85
• 4.3.1 双馈电机电网不平衡条件下数学模型74-76
• 4.3.2 双馈发电机双同步坐标系下矢量控制方法76-77
• 4.3.3 电网不平衡条件下双馈发电机可控运行范围77-79
• 4.3.4 电网不平衡条件下双馈电机控制仿真分析79-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第5章 双馈风电机组网侧变换器控制策略研究86-101
• 5.1 引言86
• 5.2 网侧变换器数学模型及矢量控制方法86-88
• 5.3 电网电压不平衡条件下网侧变换器控制策略88-95
• 5.3.1 网侧变换器双同步坐标系下控制结构89-90
• 5.3.2 网侧变换器双同步坐标系下功率分析及控制方法90-92
• 5.3.3 改进的网侧变换器电网不平衡条件控制策略92-93
• 5.3.4 实验研究93-95
• 5.4 网侧变换器LCL 滤波器有源阻尼控制策略95-100
• 5.4.1 LCL 滤波器结构及分析95-96
• 5.4.2 滤波电容电流反馈有源阻尼控制96-98
• 5.4.3 滤波电容电流估计方法98-99
• 5.4.4 实验结果分析99-100
• 5.5 本章小结100-101
• 第6章 配电网双馈风电场电压控制策略101-111
• 6.1 引言101
• 6.2 双馈风电机组的无功控制策略101-104
• 6.3 双馈风电场负序电压控制104-106
• 6.3.1 双馈风电场负序电压控制原理104-105
• 6.3.2 网侧变换器的负序电流的控制能力及控制方法105-106
• 6.4 仿真结果分析106-110
• 6.5 本章小结110-111
• 第7章 双馈风电机组变换器系统设计及实验研究111-121
• 7.1 引言111
• 7.2 双馈发电机组实验室模拟平台111-114
• 7.3 实验室模拟平台试验及分析114-118
• 7.4 1.5MW 双馈功率变换器介绍118-120
• 7.5 本章小结120-121
• 结论121-123
• 参考文献123-131
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果131-133
• 致谢133-134
• 个人简历134

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

双馈风电机组在电网对称故障下低压穿越仿真    王笑雷;孙承奇;潘庭龙;

基于PSCAD的双馈风电机组低压穿越控制策略    孙承奇;潘庭龙;纪志成;

基于一种半直驱式风力发电装置的整流器研究    王仕韬

风电并网的无功优化控制及其数模混合仿真研究    付超

无刷双馈风力发电机无速度传感器控制的研究    朱云国

双馈风电变流器同步锁相环的设计与FPGA实现    段素蓉

双馈风力发电励磁控制系统的研究    程远银

小型永磁直驱风电系统网侧变换器研究    李巍

含风电场电网的电压稳定性研究    刘绎高

大规模双馈型风电并网稳定性仿真研究    李鸿儒

三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的研究    杨捷

双馈风电系统低电压穿越技术仿真研究    高林燕

风力发电机组低电压穿越特性与动态无功补偿技术研究    董鹤楠

基于模型参考自适应的PMSM控制方法研究    李向伟

2008年世界风电发展回顾与展望    李俊峰;马玲娟;唐文倩;

LCL滤波的PWM整流器新型控制策略    张宪平;林资旭;李亚西;许洪华;

三相电压型PWM整流器网侧LCL滤波器    陈瑶;金新民;童亦斌;

双馈异步风力发电机组联网运行建模及其无功静态调节能力研究    严干贵;王茂春;穆钢;崔杨;周志强;戴武昌;

几种变速恒频风力发电系统控制方案的对比分析    马洪飞,徐殿国,苗立杰

并网型风力发电机组的控制技术综述    耿华;杨耕;马小亮;

变速恒频双馈风力发电系统交流励磁综述    伍小杰,柴建云,王祥珩

基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法    王茂海,孙元章

风力发电与电力市场    雷亚洲,Gordon Lightbody

电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制    胡家兵;孙丹;贺益康;赵仁德;

变速恒频风力发电系统运行与控制研究    刘其辉

双馈感应风力发电机特殊运行工况下励磁控制策略的研究    向大为

双馈型风力发电变流器及其控制    杨淑英

几种无功补偿技术的分析和比较    杨孝志;

适用于农网的中小功率风力发电电源研究    汪洋;成立;

基于DSP的异步电机定子磁场定向解耦控制策略研究    杨立永;陈智刚;李正熙;

风力发电并网逆变器的前馈解耦控制    李正熙;郑春雨;樊生文;

基于Lyapunov理论的交流传动系统建模和稳定性分析    刁利军;刘志刚;孙大南;贾利民;

基于CANopen的能馈式供电系统网络控制研究    梅樱;刘志刚;张钢;王磊;全恒立;

基于SVPWM高功率因数整流器的建模与仿真    张树团;张凯;李静;

交流电机负载转矩的自适应辨识    尹韵;黄运生;陈学;

风力发电机组偏航控制系统    张嘉英;王文兰;蔡永刚;

基于分析建模方法的变桨距风力机静态特性数学模型    陈秋良;

一种新型电动汽车智能充电机的研制    胡春雨;李武峰;严辉;

风电场集中与分布并网对地区电网电压的影响研究    张硕;朱莉;杜林;刘永民;梅小丽;

采用异步发电机和PWM整流器的42伏汽车发电系统的一种电压控制策略及分析模型    卢子广;谭峙;

采用爪极同步发电机和PWM整流器的汽车发电系统的高性能控制设计    卢子广;纵葵花;

双馈风力发电机组最大风能捕获控制方法研究    谢桦;张德宏;

风力永磁同步发电机组的滑模控制    陈堂贤;谢波;杨孔;王仁明;

基于积分滑模控制的三电平Buck变换器    黄悦华;

PWM整流器直接功率控制的新型调制策略    郑征;王聪;赵焕;

变频电源笼型异步电机断条故障诊断仿真研究    罗铭;刘振兴;周恒;张雪;高放英;

自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用    周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算    刘杨华

考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究    钱军

变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究    撖奥洋

高速大推力直线感应电机的电磁理论与设计研究    杨通

多绕组变压器式可调电抗的研究与应用    田军

超高压发电机失磁过程的研究    吕艳玲

基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究    杨波

新型可编程电液比例控制器关键技术研究    聂勇

非并网风电直供系统方案设计及控制策略研究    刘慧芳

基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究    杨亮

基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究    高圆圆

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

阻抗源能馈型交流电子负载的研究    董云连

兆瓦级风机变桨系统研究    李文博

风力发电机组暂态模型和稳定性分析方法研究    陈建伟

船舶电力推进同步电机控制系统设计研究    李新文

三相大功率PWM整流器系统的研究    张晓峻

异步电机矢量控制系统研究与实现    李志武

多模块并联DC/AC电力变换技术研究    吕世家

感应电动机双馈调速的3种最佳控制方法    王克成,余达太

变速恒频风电系统应对电网故障的保护电路分析    胡书举;李建林;许洪华;

直驱式变速恒频风力发电系统低电压穿越研究    张宪平;

风电并网逆变器用有无功功率解耦控制的矢量控制策略    周维来;官二勇;

现代大功率变频器拓扑结构最新进展分析    李建林;

兆瓦级永磁直驱式风力发电系统中背靠背变流器系统的设计    肖飞;王颢雄;陈明亮;刘勇;

基于DSP的全数字化预测电流控制系统    陈力新,王新英

1.65MW半直驱永磁同步风力发电机研制    李松田;

基于RBF神经网络的永磁同步电机无位置传感器控制    史婷娜;王向超;夏长亮;

无刷双馈电机的电磁结构分析    章玮,贺益康

无刷双馈电机建模及智能控制策略研究    邵宗凯

变速恒频无刷双馈风力发电机的直接转矩控制技术研究    金石

双馈风力发电系统中双变流器优化联合控制    贾俊川

双PWM变频器及其协调控制技术研究    郑征

采用串联网侧变换器的双馈异步风力发电系统运行和控制策略研究    李辉

无刷双馈电机直接反馈控制系统分析与设计方法的研究    王乐英

变速恒频永磁直驱与无刷双馈风力发电机研究    张岳

采用神经网络预测和变结构模糊控制的铅酸蓄电池最优充电技术研究    李敬兆

变速恒频风电机组并网运行模型研究及其应用    申洪

大型风电场电压稳定性分析与控制研究    潘文霞

高压直流输电系统实时数字仿真误差分析方法研究    王祥旭

双馈风电机组有源Crowbar技术研究    王文明

三电平PWM整流器控制策略研究    方鼎

基于RTDS的机电暂态仿真及其接口模型优化的研究    安娜

提高RTDS平台上交直流系统仿真精度的研究    贾卓

双馈风力发电机组交流励磁控制系统设计    张新业

直驱式外转子永磁同步风力发电机及计算机辅助设计    王文博

永磁直驱式风力发电系统并网逆变器研究    李惟卫

大型风力发电机组的独立变桨距控制技术研究    马佳

含风电场电网的电压稳定性研究    刘绎高

风电场低电压穿越测试方法对比研究    董鹤楠;王刚;邢作霞;姚兴佳;

基于BX3100 PLC的风电变流器通信系统设计    孙永佳;郑东山;姚广秀;庄俊;

基于子空间细菌群体趋药性算法的含分布式电源的配电网无功优化    陈继明;孙名妤;游聚娟;康忠健;

分布式发电中三相三电平并网逆变器的若干关键技术研究    王鹿军

基于电流预测控制的多脉波变拓扑相控整流器研究    张达敏

双馈风力发电控制技术研究    张新

大规模风电场群对区域电网电压稳定性的研究分析    贾书杰

微网节点电压稳定性的研究    林相彬

基于一种半直驱式风力发电控制系统的研究    金利祥

风力发电机组低电压穿越特性与动态无功补偿技术研究    董鹤楠

双馈风力发电系统的LVRT技术研究    孟晓凯

双馈风力发电机的低电压穿越技术的研究    谭璐

水火互联电网平抑风电功率波动的模型预测控制研究    杨文杰

永磁直驱风电系统低电压穿越技术的研究    郑荣美

含双馈感应风电机组的配电网无功优化控制的研究    张吉

高速电路设计中的终端匹配技术    王昕,汪至中

变频技术在变速恒频异步风力发电系统中的应用    苑国锋;李永东;

基于DSP的快速小波分解和重构    吴多,程德福

"电荒"已拉响中国经济发展的警钟    杨映忠

风力发电的前景探讨    叶昌林

20kW变速恒频风力发电机的运行及其控制    许洪华,倪受元,常振炎,李平

PWM逆变器-感应电机系统中的过电压抑止滤波器研究    邓文,姜建国,玉井伸三

基于下垂特性的逆变器并联技术研究    杨淑英;张兴;张崇巍;

磁场定向交流励磁电机调速调功系统研究    赵荣祥,尹强,许大中

三相电路瞬时无功功率理论的研究    王兆安;李民;卓放;

PWM整流器及其控制策略的研究    张兴

双馈感应风力发电机特殊运行工况下励磁控制策略的研究    向大为

矩阵式交—交变频器励磁的交流励磁发电机系统的建模与仿真    肖刚

变速恒频双馈风力发电机控制系统研究    唐勇

电压型PWM整流器（VSR）不平衡控制策略研究    季建强

数字式有源电力滤波器谐波检测和控制方法研究    甘元兴

风电场风速和发电功率预测研究    肖洋

双PWM变换器励磁的交流励磁发电机励磁系统设计    周求宽

变速恒频风电系统电机直接转矩控制策略    康红霞;姚兴佳;

变速恒频风力发电用交流励磁双馈发电机的研究    史晓斌;李漪淼;赵凤俭;

双PWM变频器供电的双馈发电机系统仿真    黄科元;董恒;黄守道;

全数字式双馈发电机数据采集系统的设计    朱振东;许大中;金海明;

双馈发电机励磁控制程序设计浅析    李岚;王京花;路秀芬;

一种基于双馈方式的新型水轮发电机工作机理的研究    吴蓉;贾石峰;

双馈风力发电机功率因数调节分析    张建华;陈星莺;莫岳平;王平;

变速恒频双馈风力发电机的功率控制    李岚;曹天明;

基于自抗扰控制的双馈发电机无速度传感器控制    卫志农;俞小勇;吴佳佳;

双馈发电机在水力发电中的应用展望    俞星俊;朱鸿波;曹鹏;

风电系统中双馈发电机的励磁控制研究    刘超辉;叶全胜;应黎明;

双馈发电机双PWM变换器转子侧控制方案的仿真研究    杨霞;杜继光;杨波;

风力发电机组电气控制系统的研究分析    顾鑫;惠晶;

变速恒频风力发电机组的最大功率捕获的控制策略研究    杜志伟;赵峰;杜晓亚;

用于风力发电的恒频恒压双馈发电机控制策略研究    张博舒;王正;周钦;

基于矢量控制的双馈发电机系统    耿秀明;刘慧博;张遇杰;

无刷双馈电机及控制技术应用于小水电的可行性分析    王华君;

变速恒频双馈风力发电机的研究及应用前景    解鑫;王昌盛;彭军林;王雪帆;

双馈风力发电系统有功、无功解耦控制的仿真研究    李鹏程;叶林;

风力发电技术及装备制造    肖海航;王金伟;吕坤;

甘肃玉门昌马风电场首台机组投运    通讯员 王燕强　陈斌强

昌马20万千瓦风电场首台机组投运    王燕强　陈斌强

大风起兮云飞扬 河西电网建设忙    冯兴滨　刘谨文 陈斌强

我省风电装备专项资金项目成效显著    孙兴莲

新型永磁双馈发电机及其控制策略研究    刁统山

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究    林成武

变速恒频双馈风电机组并网控制策略研究    张学广

变速恒频双馈风力发电模拟平台的研究    谢震

电网故障下双馈风力发电系统功率变换器运行控制    王萌

变速恒频风力发电关键技术研究    卞松江

双馈发电机控制方法研究    陈谦

双馈风力发电系统的孤岛启动及运行控制    杜翠

双馈风电机组低电压穿越技术研究    冯跃

双馈风力发电机高电压穿越技术研究    曲庭余

交流励磁双馈风力发电系统的研究    张志

变速恒频双馈发电机励磁控制器实验研究    曹天明

风力机塔架侧振控制及双馈发电机滑模控制研究    练俊

交流励磁变速恒频双馈风力发电系统控制技术研究    王旭辰

变速恒频风力发电机组控制策略研究    林宇

变速恒频风力发电系统最大风能捕获控制研究    余梦