六相電勵磁同步風(fēng)電機(jī)組的簡化動態(tài)模型及小擾動穩(wěn)定分析

【摘要】：六相電勵磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(Six-Phase Electrically Excitation Synchronous Wind Generator,SP-EESWG)采用六相電勵磁同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī),是一種特殊的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組。SP-EESWG具有機(jī)組成本低、發(fā)電效率高、可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)點,在重慶武隆、山東棲霞和內(nèi)蒙通遼的風(fēng)電場中均有運用。然而與同屬變速恒頻類風(fēng)機(jī)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(Double-Fed Induction Generator,DFIG)和直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Generators,D-PMSG)相比,有關(guān)SP-EESWG的研究還十分有限,在機(jī)組建模及動態(tài)特性分析方面都有較大差距。本文以SP-EESWG為研究對象,圍繞風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)模型、潮流計算以及小擾動穩(wěn)定性展開研究,主要工作有:①提出了SP-EESWG的簡化動態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型。以SP-EESWG中風(fēng)力機(jī)、傳動系統(tǒng)、六相電勵磁同步發(fā)電機(jī)以及整流-逆變環(huán)節(jié)等各個組成部分的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),忽略整流-逆變環(huán)節(jié)的開關(guān)動態(tài)過程和諧波影響,考慮逆變器與電網(wǎng)的接口模型,通過選取適當(dāng)?shù)幕迪到y(tǒng),以及對不可控整流橋“有功-無功”穩(wěn)態(tài)運行特性的擬合,建立了SP-EESWG的簡化動態(tài)模型。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了SP-EESWG的穩(wěn)態(tài)模型,解決了動態(tài)模型的初值計算問題。以單機(jī)無窮大系統(tǒng)為仿真算例,考慮風(fēng)速的階躍變化和隨機(jī)變化兩種情況,通過對比分析算例系統(tǒng)的Simulink模型和所提簡化動態(tài)模型的動態(tài)響應(yīng),驗證了所提模型的正確性。在SP-EESWG穩(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上,研究了含SP-EESWG電網(wǎng)的潮流計算問題。以單機(jī)無窮大系統(tǒng)和IEEE-14節(jié)點系統(tǒng)兩個算例驗證了所提穩(wěn)態(tài)模型的正確性和有效性,并對現(xiàn)有文獻(xiàn)廣泛采用的風(fēng)電機(jī)組簡化模型(包括一階模型、二階模型、三階模型和指數(shù)模型)對SP-EESWG潮流計算的適應(yīng)性進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明,不同風(fēng)速情況下,風(fēng)電機(jī)組簡化模型與本文模型的計算結(jié)果均有不同程度的誤差;其中,一階模型和二階模型的誤差最大,不宜用于SP-EESWG的穩(wěn)態(tài)特性分析;當(dāng)風(fēng)速處于額定風(fēng)速附近時,三階簡化模型和指數(shù)模型的誤差較小。②建立了SP-EESWG的小擾動模型,分析了相關(guān)參數(shù)對SP-EESWG小擾動穩(wěn)定性的影響。目前,尚未見SP-EESWG穩(wěn)定性的研究。本文通過對所提SP-EESWG簡化動態(tài)模型進(jìn)行線性化處理,建立了SP-EESWG的小擾動模型。在此基礎(chǔ)上,基于特征值分析方法,研究風(fēng)力機(jī)機(jī)械參數(shù)、發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)、直流電容值和PI控制參數(shù)對SP-EESWG小擾動穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,風(fēng)力機(jī)慣性時間常數(shù)和直流電容值對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響較大,其取值的增大將引起系統(tǒng)特征值整體右移,導(dǎo)致系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性降低;傳動軸剛性系數(shù)和發(fā)電機(jī)定子電阻的取值過大或過小都會對系統(tǒng)的小擾動穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響;而對于PI控制器而言,比例系數(shù)和積分系數(shù)對系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性的影響呈相反趨勢。 【關(guān)鍵詞】：六相電勵磁同步發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 動態(tài)模型 穩(wěn)態(tài)模型 小擾動穩(wěn)定
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 六相同步發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)模型11-12
• 1.2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的小擾動穩(wěn)定性分析12-14
• 1.3 論文的主要工作14-17
• 2 六相電勵磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型及控制策略17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型17-21
• 2.2.1 風(fēng)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)17
• 2.2.2 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型17-18
• 2.2.3 傳動軸系數(shù)學(xué)模型18
• 2.2.4 六相同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型18-20
• 2.2.5 整流-逆變環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型20
• 2.2.6 并網(wǎng)逆變器-電網(wǎng)接口模型20-21
• 2.3 風(fēng)電機(jī)組的控制策略21-27
• 2.3.1 網(wǎng)側(cè)逆變器控制21-26
• 2.3.2 槳距角控制26-27
• 2.3.3 勵磁控制27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 3 六相電勵磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的簡化動態(tài)模型29-51
• 3.1 引言29
• 3.2 基值的選取29-30
• 3.3 SP-EESWG的簡化動態(tài)模型30-32
• 3.4 不可控整流橋的無功特性方程32-33
• 3.5 SP-EESWG的穩(wěn)態(tài)模型和初值計算方法33-37
• 3.5.1 SP-EESWG的穩(wěn)態(tài)模型33-35
• 3.5.2 SP-EESWG的初值計算35-37
• 3.6 算例分析37-48
• 3.6.1 穩(wěn)態(tài)模型的驗證37-42
• 3.6.2 動態(tài)模型的驗證42-48
• 3.7 本章小結(jié)48-51
• 4 六相電勵磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的小擾動穩(wěn)定性分析51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 特征值分析法的理論基礎(chǔ)51-53
• 4.3 SP-EESWG的小擾動模型53-55
• 4.4 算例分析55-64
• 4.4.1 仿真驗證55-58
• 4.4.2 SP-EESWG的小擾動穩(wěn)定性分析58-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 5 結(jié)論與展望65-67
• 5.1 結(jié)論65-66
• 5.2 展望66-67
• 致謝67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 附錄75-79
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利75
• C. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目75
• D. SP-EESWG仿真參數(shù)75-76
• E. SP-EESWG狀態(tài)矩陣的推導(dǎo)過程76-79

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