基于PSCAD/EMTDC的变速风电机组控制系统仿真研究

【摘要】：基于双馈感应电机的变速风电机组(DFIG变速风电机组)带有复杂的控制系统，控制系统使变速风电机组具有了诸多优越性，同时也使变速风电机组的并网特性与固定转速风电机组存在较大差异。本文以仿真软件PSCAD／EMTDC为平台，在其已有模型的基础上，建立了变速风电机组的控制系统，并依据变速风电机组控制目标的要求校验了控制系统的性能。本文主要内容包括： (1) 作为研究工作的基础，首先介绍了以并网风电机组的电气特性为研究目标时风电机组各主要部件的建模方法，并介绍了双馈电机的各类特性； (2) 针对变速风电机组中转子侧变流器、电网侧变流器以及直流连接环节控制目标的要求，应用矢量控制原理得到了控制对象的数学模型； (3) 根据控制系统性能指标的要求，应用PI串联校正法设计出了变速风电机组的控制系统，并按照恒功率因数控制模式的要求给出了变速风电机组的控制策略； (4) 根据变速风电机组控制目标与运行特性，分别校验了转子侧变流器控制系统、电网侧变流器控制系统、直流连接环节控制系统以及变速风电机组动态模型跟踪最优功率曲线的能力； (5) 基于相同的算例系统，分析比较了同步电机、固定转速风电机组以及DFIG变速风电机组在电网短路故障期间所提供短路电流的特性。分析了短路器(crow-bar)保护对DFIG变速风电机组短路电流特性的影响。 【关键词】：变速风电机组 双馈电机 控制系统 动态模型 短路电流
【学位授予单位】：中国电力科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 选题背景与意义7-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 仿真平台的选择11
• 1.4 本文工作11-13
• 第二章 变速风电机组主要部件建模方法13-24
• 2.1 引言13
• 2.2 风力机的空气动力学模型13-15
• 2.3 机械传动系统模型15
• 2.4 双馈电机与变流器模型15-19
• 2.4.1 双馈电机综述16-17
• 2.4.2 双馈电机稳态等值电路17
• 2.4.3 双馈电机运行特性分析17-18
• 2.4.4 双馈电机的能量传递18
• 2.4.5 双馈感应电机无功功率调节18-19
• 2.5 双馈电机动态模型19-21
• 2.5.1 三相电机状态方程式19-20
• 2.5.2 同步旋转坐标系下的电机状态方程20-21
• 2.6 PWM电压源型变流器模型21-23
• 2.7 小结23-24
• 第三章 变速风电机组控制系统研究24-66
• 3.1 引言24
• 3.2 控制系统概述24-25
• 3.3 转子侧变流器控制系统25-39
• 3.3.1 转子侧变流器控制系统模型25-28
• 3.3.2 控制系统设计28-39
• 3.4 电网侧交流器控制系统39-52
• 3.4.1 电网侧变流器控制系统模型40-42
• 3.4.2 控制系统设计42-52
• 3.5 直流连接环节模型52-53
• 3.6 变速风电机组控制策略53-55
• 3.6.1 跟踪机组最优功率曲线的控制策略54
• 3.6.2 恒功率因数控制模式的控制策略54-55
• 3.7 模型校验55-64
• 3.7.1 转子侧交流器控制系统校验55-57
• 3.7.2 电网侧变流器控制系统校验57-60
• 3.7.3 模型整体校验60-64
• 3.8 小结64-66
• 第四章 风电机组短路电流特性分析66-72
• 4.1 引言66
• 4.2 系统建立66-71
• 4.2.1 同步电机短路电流特性分析67-68
• 4.2.2 固定转速风电机组短路电流特性分析68-69
• 4.2.3 DFIG变速风电机组短路电流特性分析69-71
• 4.3 小结71-72
• 第五章 结论与展望72-74
• 5.1 结论72
• 5.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 附录78-81

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