采用超級電容的直驅(qū)風電機組故障穿越和功率平滑控制

【摘要】：風能是綠色能源,具有分布廣、可再生、無污染的特點。在風力發(fā)電領域中,直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電機組(D-PMSG WTGS)由于其運行可靠性和控制靈活性,得到了越來越多的關注,市場份額逐漸增加。本文針對采用超級電容器儲能的D-PMSG WTGS,對其故障穿越和功率平滑控制展開研究,以期進一步提高其運行性能。首先,明確了研究的目的和意義,分析了世界能源消費結(jié)構(gòu),分別闡述了現(xiàn)階段風力發(fā)電和超級電容器的發(fā)展現(xiàn)狀,綜述了D-PMSG WTGS的故障穿越和功率平滑控制的研究現(xiàn)狀。其次,給出了采用超級電容器的D-PMSG WTGS的拓撲結(jié)構(gòu),根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理,推導了網(wǎng)側(cè)變換器和雙向Buck-Boost變換器的數(shù)學模型,包括了網(wǎng)側(cè)變換器和雙向Buck-Boost變換器的開關函數(shù)模型以及雙向Buck-Boost變換器的狀態(tài)方程模型和傳遞函數(shù)模型。第三,針對電網(wǎng)故障和電網(wǎng)正常兩種狀況,提出D-PMSG WTGS中網(wǎng)側(cè)變換器和用于超級電容器存儲和釋放電能的雙向Buck-Boost變換器的協(xié)調(diào)控制策略。采用二階廣義積分器鎖相環(huán)(SOGI-PLL)檢測電網(wǎng)電壓,電網(wǎng)正常時,網(wǎng)側(cè)變換器采用基于電壓前饋的直流電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的電網(wǎng)電壓定向控制,雙向Buck-Boost變換器采用電流單閉環(huán)釋能控制;電網(wǎng)故障時,網(wǎng)側(cè)變換器采用結(jié)合負序電壓前饋的功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)控制,雙向Buck-Boost變換器采用直流電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制。在Matlab/Simulink環(huán)境中進行了仿真研究,仿真結(jié)果表明,所論協(xié)調(diào)控制策略可以提高D-PMSG WTGS的故障穿越能力。第四,對D-PMSG WTGS的功率平滑控制進行研究。設計了“風速功率模型”,用來模擬風力發(fā)電機的出力隨風速發(fā)生波動的狀態(tài);為實現(xiàn)并網(wǎng)功率相對平滑,網(wǎng)側(cè)變換器采用電網(wǎng)電壓定向控制,雙向Buck-Boost變換器采用電流單閉環(huán)控制。其中,有功功率給定值由機側(cè)輸出功率及其平均值確定,并對比分析了數(shù)值平均法和低通濾波法獲得的功率平均值的效果。仿真結(jié)果表明,采用超級電容器可以補償D-PMSG WTGS的有功功率波動,使并網(wǎng)有功功率相對平滑、穩(wěn)定。最后,對全文進行了總結(jié),并就進一步研究方向進行了展望。 【關鍵詞】：直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng) 協(xié)調(diào)控制 超級電容 故障穿越 功率平滑
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315;TM53
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-16
• 1.1 課題背景及意義8-9
• 1.2 全球風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢9-11
• 1.3 超級電容器發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.4 直驅(qū)風電機組故障穿越和功率平滑控制研究現(xiàn)狀12-15
• 1.4.1 故障穿越研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4.2 功率平滑研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 課題研究內(nèi)容15-16
• 第二章采用超級電容器儲能的直驅(qū)風電機組工作原理及建模16-29
• 2.1 網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學模型16-18
• 2.2 雙向BUCK-BOOST變換器數(shù)學模型18-26
• 2.2.1 雙向Buck-Boost變換器結(jié)構(gòu)和原理18-20
• 2.2.2 雙向Buck-Boost變換器數(shù)學模型20-26
• 2.3 超級電容器等效模型26-29
• 2.3.1 超級電容等效模型26-27
• 2.3.2 超級電容容量設計27-29
• 第三章直驅(qū)風電機組故障穿越協(xié)調(diào)控制策略研究29-42
• 3.1 網(wǎng)側(cè)變換器控制策略29-34
• 3.1.1 電壓定向矢量控制29-30
• 3.1.2 基于SOGI-PLL的控制策略研究30-34
• 3.2 雙向BUCK-BOOST變換器控制策略研究34-35
• 3.2.1 儲能控制34
• 3.2.2 釋能控制34-35
• 3.3 故障穿越協(xié)調(diào)控制策略35-36
• 3.4 故障穿越仿真分析36-42
• 3.4.1 仿真參數(shù)及仿真模型36-37
• 3.4.2 仿真結(jié)果與分析37-42
• 第四章直驅(qū)風電機組功率平滑控制策略研究42-50
• 4.1 機側(cè)等效輸入功率建模42-43
• 4.2 功率平滑控制策略研究43-46
• 4.2.1 功率平滑控制43-44
• 4.2.2 有功功率給定值確定44-46
• 4.3 系統(tǒng)功率平滑仿真分析46-50
• 4.3.1 仿真參數(shù)及仿真模型46-47
• 4.3.2 仿真結(jié)果與分析47-50
• 第五章 總結(jié)和展望50-52
• 參考文獻52-55
• 致謝55-56
• 攻讀碩士期間研究成果56-57
• 作者簡介57

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