响应系统频率变化的风电有功功率控制

【摘要】：目前,新能源发电处于大力推广阶段,风电场穿透功率不断提高,大规模风电并网会给系统调频带来压力。然而,作为当前主流的变速恒频风力发电机组由于电力电子器件隔离,与系统解耦,不能像传统同步机对变化的系统频率进行响应。风电大规模并网,应使风电机组参与系统频率的调节,响应系统的频率变化,因此,开展响应系统频率变化的风电机组有功功率控制研究十分必要。 在查阅国内外文献研究基础上,基于具有良好发展前景的直驱永磁同步风电机组,本文研究了该风电机组并网运行时响应系统频率变化的有功功率控制结构和策略,并提出改进的风功率跟踪控制方法和有功功率控制方法。本文依据风电机组的实际特性构造风电机组响应系统频率变化的功-频特性曲线,结合风力机捕获的风功率与转速运行特性,将系统频率对应的风电机组输出的发电功率与发电机转速联系起来。以发电机理想转速为控制目标,通过机侧整流器控制转子实际转速和无功功率,将实时风电功率输出至直流侧,经过网侧逆变器接入电网。 在给定能量管理原则下,利用储能装置吸收多余功率,补充缺额功率,使得输出的风电功率符合构建的功-频特性,具有响应系统频率变化的能力。 本文采用Matlab/Simulink仿真软件搭建了响应系统频率变化的直驱永磁同步风电机有功功率控制模型,采用相应控制策略对机组运行情况进行仿真实验,仿真结果验证了该有功功率控制的合理性以及控制策略的可行性,为风电大规模接入系统提供了理论支撑。文章也对该有功功率控制的储能装置和网侧逆变器进行物理实验验证,实验结果证明了结合储能装置的响应频率变化的风电有功功率控制策略的有效性。 【关键词】：风力发电 频率响应 直驱永磁 储能 有功功率控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 国内外风电发展现状8-11
• 1.1.1 国内外风力发电发展情况8-10
• 1.1.2 中国风电发展规划及趋势10
• 1.1.3 直驱永磁同步风力发电机发展现状及前景10-11
• 1.2 风电响应电力系统频率变化的必要性11-13
• 1.2.1 风力发电对系统频率的影响11-12
• 1.2.2 电力系统对频率的要求12-13
• 1.3 响应系统频率变化的风电机组发电控制研究现状13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 2 响应系统频率变化的直驱永磁同步风电机组有功功率控制原理15-32
• 2.1 同步发电机组响应系统频率变化原理15-17
• 2.1.1 同步发电机响应系统频率变化的原理15-16
• 2.1.2 同步发电机响应系统频率变化实现方式16-17
• 2.2 响应系统频率变化的永磁同步风电机有功功率控制结构及数学模型17-25
• 2.2.1 响应系统频率变化的永磁同步风电机组有功功率控制结构17-18
• 2.2.2 永磁同步发电机的数学模型18-22
• 2.2.3 储能装置数学模型22-24
• 2.2.4 储能元件的选择和储能装置的特点24-25
• 2.3 响应系统频率变化的永磁同步发电机有功功率控制原则25-31
• 2.3.1 传统无频率响应的有功功率控制方式25-27
• 2.3.2 响应系统频率变化的永磁同步风电机有功功率控制基本思想27-28
• 2.3.3 响应系统频率变化有功功率控制能量管理原则28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 响应系统频率变化的直驱永磁风电机组有功功率控制策略32-52
• 3.1 概述32
• 3.2 改进的风功率跟踪控制策略32-34
• 3.3 空间矢量控制原理及实现34-38
• 3.4 永磁同步风电机组机侧变流器控制策略38-43
• 3.4.1 机侧变流器控制策略38-40
• 3.4.2 仿真结果及分析40-43
• 3.5 储能装置控制策略43-47
• 3.5.1 DC/DC斩波电路控制策略43-45
• 3.5.2 储能装置功率仿真结果及分析45-47
• 3.6 永磁同步风电机组网侧逆变器控制策略47-51
• 3.6.1 网侧逆变器控制策略47-50
• 3.6.2 网侧逆变器仿真模型50-51
• 3.7 本章小结51-52
• 4 基于储能装置的响应系统频率变化的有功功率控制系统实验研究52-66
• 4.1 概述52-53
• 4.2 有功功率控制系统硬件设计53-59
• 4.2.1 有功功率控制系统主电路设计53-55
• 4.2.2 有功功率控制系统的控制电路设计55-59
• 4.3 有功功率控制系统软件设计59-62
• 4.3.1 储能装置软件设计59-60
• 4.3.2 网侧逆变器软件设计60-62
• 4.4 有功功率控制实验结果及分析62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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