双馈风电并网谐波抑制的控制策略研究

【摘要】：双馈风力发电机定子直接与电网相连,其并网特点使输出电流在电网电压包含谐波畸变时可能存在较大的谐波。为解决以上问题,本文在双馈风电变流器的控制中加入谐波抑制模块,以达到抑制谐波的目的。首先,分析了双馈电机及变流器的数学模型以及正常电网电压下基于定子电压定向和电网电压定向的矢量控制。对双馈电机和网侧变流器在非理想电网条件下的分析表明,电网中的谐波电压会对双馈电机定子电流和网侧变流器的输出电流产生较大影响,导致对应次谐波的产生。其次,为了获得电网相位信息,采用反Park变换的锁相环,仿真表明,反Park变换的电网锁相环优于传统PI锁相方法。然后研究了变流器的谐波抑制:(1)采用转子侧变流器对定子谐波电流的抑制算法,检测定子电流并进行旋转变换,由低通滤波器提取出定子低次谐波电流分量,再利用PI控制器控制对应电流分量;(2)基于谐振控制器的定子电流谐波抑制算法,检测定子电流,并通过同步旋转坐标系下谐振频率为300Hz的谐振控制器实现对特定次谐波电流的抑制;(3)对网侧变流器采用基于LCL滤波器和嵌套坐标系的谐波补偿的电流环控制。最后,在MATLAB/Simulink下对整个系统进行仿真验证,对转子侧和网侧变流器的控制算法以及协调控制的运行特性分别进行了谐波抑制前后的对比仿真分析。在小功率等级5kW样机系统上进行实验验证,表明在电网电压存在较大谐波畸变的情况下,本文的控制策略可以有效抑制网侧和定子侧电流中的谐波成分,提高双馈风力发电系统的输出电能质量。 【关键词】：双馈风力发电机 谐波抑制 锁相环 谐振控制 谐波补偿
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究的意义10-12
• 1.2 课题研究的现状12-15
• 1.2.1 谐波的抑制方法13-14
• 1.2.2 双馈风力发电机的控制方法14-15
• 1.3 本文研究的内容及主要工作15-17
• 第二章 双馈风电系统数学模型与并网谐波分析17-34
• 2.1 前言17
• 2.2 双馈风力发电系统的结构和原理17-19
• 2.2.1 风力发电系统的基本结构17-18
• 2.2.2 双馈风力发电机及其控制原理18-19
• 2.3 双馈风力发电系统的数学模型19-25
• 2.3.1 双馈风力发电机在三相静止坐标系下的数学模型19-21
• 2.3.2 双馈风力发电机在两相旋转坐标系下的数学模型21-23
• 2.3.3 双馈风力发电机网侧变流器的数学模型23-25
• 2.4 正常工况下风电变流器的运行状态和控制方法25-28
• 2.4.1 双馈风力发电系统定子电压定向矢量控制策略25-27
• 2.4.2 网侧变流器电网电压定向矢量控制策略27-28
• 2.5 双馈风电并网谐波分析28-33
• 2.5.1 双馈风电谐波的产生28-29
• 2.5.2 网侧变流器谐波分析29-30
• 2.5.3 双馈电机和转子侧变流器谐波电流分析30-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 双馈风力发电系统抑制并网电流谐波的控制策略34-54
• 3.1 前言34
• 3.2 双馈风电锁相环34-38
• 3.2.1 基于PI的双馈风电锁相环34-35
• 3.2.2 反Park变换的双馈风电锁相环35-38
• 3.3 双馈电机定子电流谐波的抑制算法38-44
• 3.3.1 基于多旋转坐标系下的比例-积分控制算法38-42
• 3.3.2 基于谐振控制器的风电变流器谐波抑制控制42-44
• 3.4 对网侧谐波电流的抑制算法44-53
• 3.4.1 基于LCL滤波器的网侧变流器数学模型45-47
• 3.4.2 LCL滤波器参数设计47-50
• 3.4.3 基于谐波补偿的网侧变流器电流环控制50-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 双馈风电并网谐波抑制的控制策略仿真分析54-63
• 4.1 前言54
• 4.2 双馈风电并网转子侧变流器控制策略仿真分析54-58
• 4.3 双馈风电并网的网侧变流器控制策略仿真分析58-59
• 4.4 双馈风力发电机的背靠背变流器联合控制仿真59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 双馈风电并网谐波抑制的变流器控制实验63-73
• 5.1 前言63
• 5.2 双馈风电并网实验平台63-68
• 5.2.1 实验平台结构63-64
• 5.2.2 实验平台实物64-65
• 5.2.3 变流器控制系统硬件设计65-67
• 5.2.4 变流器控制系统软件设计67-68
• 5.3 基于多旋转坐标系下转子侧变流器谐波抑制算法的实验68-70
• 5.4 基于谐波补偿的网侧变流器谐波抑制的实验70-71
• 5.5 本章小结71-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果80

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