电网谐波条件下双馈风电机组输出特性分析及控制

【摘要】：随着风力发电技术的不断发展,变速恒频双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)以其多种优点成为目前应用最为广泛的机型。但由于DFIG风电系统自身结构及电网的非理想特性等原因,使得理想电网条件下的机组模型无法满足实际的并网控制要求,因此本文主要针对电网谐波条件下DFIG风电机组的输出特性及控制策略展开研究,建立DFIG风电机组在电网谐波条件下的适应性模型。首先,本文深入了解了DFIG风电系统的组成和工作原理,在此基础上对理想电网条件下DFIG风电系统中各主要组成部分的作用及数学模型进行了详细分析,设计了网侧和转子侧变换器的比例-谐振(proportional resonant,PR)控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了该条件下DFIG风电系统模型的正确性和控制策略的有效性。其次,针对DFIG风电机组在电网谐波条件下的运行特性,研究了电网谐波对DFIG输出特性的影响。通过建立电网谐波条件下DFIG的稳态等效电路,定量分析了典型谐波作用时DFIG输出功率和电磁转矩脉动量的大小及其与谐波含有率之间的关系,绘制了系统动态调节过程中该脉动值的变化曲线,并利用MATLAB/Simulink动态仿真模型加以验证。随后,本文以消除电网谐波对DFIG风电机组输出特性的影响为目标,建立电网谐波条件下DFIG风电系统网侧和转子侧变换器的数学模型,分析并解释了这种运行条件下DFIG输出功率及电磁转矩产生波动的原因。进而从系统控制策略入手,设计电网谐波条件下改进的锁相环以提高系统的的控制精度;并结合输出特性分析提出适当的控制目标,设计DFIG风电系统在电网谐波条件下基于比例-谐振调节器的完整的控制策略,消除DFIG输出功率及转矩的脉动,实现谐波控制。最后,对一台1.5MW双馈风电系统进行MATLAB/Simulink环境下的仿真建模,验证了上述控制策略的可行性和有效性。 【关键词】：电网谐波 双馈风电系统 双PWM变换器 输出特性 比例-谐振控制策略
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 D FIG风力发电系统12-13
• 1.3 本课题研究现状13-15
• 1.4 本论文主要研究内容15-17
• 第2章 理想电网条件下DFIG风电系统的建模与控制17-33
• 2.1 双馈电机基本理论17-19
• 2.2 D FIG风电系统变流器的建模与控制19-22
• 2.2.1 网侧变换器建模与控制19-21
• 2.2.2 转子侧变换器建模与控制21-22
• 2.3 比例-谐振控制与SVPWM22-29
• 2.3.1 比例-谐振控制器23-25
• 2.3.2 SVPWM的原理及仿真实现25-29
• 2.4 理想电网条件下DFIG风电系统仿真分析29-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 电网谐波对DFIG输出特性的影响分析33-44
• 3.1 电网谐波分析33-35
• 3.1.1 电网谐波的产生与危害33-34
• 3.1.2 电网谐波特性分析34-35
• 3.2 电网谐波条件下DFIG输出特性分析35-39
• 3.2.1 电网谐波条件下DFIG等值电路建模35-37
• 3.2.2 电网谐波对DFIG输出特性的影响37-39
• 3.3 电网谐波条件下DFIG的动态仿真39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 电网谐波条件下DFIG风电系统的建模44-53
• 4.1 电网谐波条件下DFIG电磁量的表达方式44-45
• 4.2 电网谐波条件下DFIG网侧变换器建模45-47
• 4.3 电网谐波条件下DFIG转子侧变换器建模47-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 电网谐波条件下DFIG风电系统的控制53-68
• 5.1 基于PR控制器的DFIG风电系统控制53-57
• 5.1.1 谐波检测与分离53-55
• 5.1.2 锁相环55-56
• 5.1.3 比例-谐振控制器的谐波补偿特性56-57
• 5.2 电网谐波条件下DFIG网侧变换器控制57-59
• 5.3 电网谐波条件下DFIG转子侧变换器控制59-62
• 5.4 运行仿真62-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果76-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

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