不平衡电网电压下双馈风电系统的控制研究

【摘要】：由于双馈感应发电机（DFIG）的结构特点，使其对电网的冲击十分敏感，即使很小的不平衡电网电压，也会影响DFIG的稳定运行，并向电网输送大量谐波，从而降低电能质量并进一步恶化电网，随着风电机组装机容量的不断增大， DFIG对电网的这种影响将不可忽略当电网电压出现故障时，基于正常电网条件下的控制策略已不能满足日益严格的风电并网要求，因此，故障电网条件下控制DFIG风电机组的稳定运行成为新的研究热点本文以不平衡电网电压条件下的双馈风电系统为研究对象，设计了DFIG机侧和网侧变换器的控制方案，并通过仿真和实验对理论分析进行了验证 首先，分析了不平衡电网电压特性，并对其进行相序分离，通过改进的锁相环技术获取电网同步信息之后，在平衡电网电压下DFIG系统模型的基础上，进一步建立了不平衡电网电压下DFIG机侧和网侧变换器的完整正负序数学模型，并对DFIG系统的瞬时功率模型进行了简化 其次，设计不平衡电网电压下双馈风力发电机的控制方案在双同步旋转坐标系（SRF）下，外环根据不同的控制目标可分别计算出相应电流指令值，内环采用基于无源性理论的双电流控制，从而实现不平衡电网电压下DFIG的稳定运行，进行最大风能跟踪并向电网输出稳定的功率等功能 然后，设计不平衡电网电压下DFIG网侧变换器的无源双电流控制策略考虑到电网不平衡时包含正负序分量，内环采用基于无源性的双电流控制器，结合电压外环控制，达到稳定直流母线电压和控制单位功率因数并网的目的，网侧变换器的能量可以双向流动将DFIG系统作为一个整体考虑，机侧变换器的运行状态会对网侧变换器的运行产生影响因此，综合机侧和网侧变换器的控制策略，设计了系统的协调控制，更好的消除直流母线电压中的波动对各种控制策略的仿真结果验证了所提方案的有效性 最后，在一台小型风电系统网侧变换器实验平台上进行了不平衡电网电压下网侧变换器的并网实验研究设计基于DSP2812的软件程序，给出主程序流程图，介绍了AD采样及故障保护子程序的流程，并重点说明了不平衡并网控制算法的实现过程，即PWM主中断子程序实验结果表明所提控制策略可以实现不平衡电网电压下的三相并网控制，再次验证了理论研究的正确性 【关键词】：双馈风电系统 电网电压不平衡 锁相环 无源控制 双电流控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 风力发电技术的研究现状10-12
• 1.2.1 风力发电系统的拓扑结构10-12
• 1.2.2 平衡电网电压下 DFIG 的控制策略12
• 1.3 不平衡电网电压下双馈风电系统的研究现状12-14
• 1.3.1 不平衡电网电压下 DFIG 系统模型12-13
• 1.3.2 不平衡电网下双馈发电机的控制13
• 1.3.3 不平衡电网下网侧变换器的控制13-14
• 1.4 主要研究内容14-16
• 第2章 不平衡电网电压下双馈风电系统的建模16-33
• 2.1 引言16
• 2.2 不平衡电网电压的相序分离及检测16-23
• 2.2.1 不平衡电网电压分析16-18
• 2.2.2 相序分离方法18-21
• 2.2.3 不平衡电网电压同步信息的检测21-23
• 2.3 双馈感应电机的建模与分析23-30
• 2.3.1 平衡电网下 DFIG 的数学模型23-27
• 2.3.2 不平衡电网电压下 DFIG 的数学模型27-28
• 2.3.3 不平衡电网电压下 DFIG 的瞬时功率28-30
• 2.4 DFIG 网侧变换器的运行分析及模型建立30-32
• 2.4.1 平衡电网电压下网侧变换器的数学模型30-31
• 2.4.2 不平衡电网电压下网侧变换器的数学模型31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 不平衡电网电压下 DFIG 的无源控制33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 不平衡电网电压对 DFIG 运行的影响33-34
• 3.3 不平衡电网电压下 DFIG 的无源控制34-40
• 3.3.1 系统无源性分析35-36
• 3.3.2 定转子电流指令值计算36-37
• 3.3.3 电流环无源控制器设计37-38
• 3.3.4 仿真研究38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 DFIG 网侧变换器的控制策略研究42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 不平衡电网电压对网侧变换器的影响42-43
• 4.3 不平衡电网电压下网侧变换器的无源性控制43-46
• 4.3.1 网侧变换器的无源性分析44
• 4.3.2 基于无源性理论的双电流控制器设计44-45
• 4.3.3 仿真研究45-46
• 4.4 不平衡电网电压下网侧与机侧变换器的协调控制46-51
• 4.4.1 双馈发电机的运行时的功率关系46-47
• 4.4.2 电网侧和电机侧变换器的协调控制策略47-49
• 4.4.3 协调控制仿真研究49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 网侧变换器系统的实验分析52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 网侧变换器硬件实验平台52-54
• 5.2.1 实验平台的组成52-53
• 5.2.2 网侧变换器的电路结构53-54
• 5.3 网侧变换器软件设计54-56
• 5.4 实验结果分析56-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-68
• 致谢68

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