前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越控制研究

【摘要】：國(guó)內(nèi)外目前對(duì)雙饋和直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越的研究較多，但是對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越特性的研究還不是很多。前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組因其具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，具有極大的發(fā)展?jié)摿?，是未?lái)風(fēng)電機(jī)組技術(shù)發(fā)展的新方向。因此，分析和研究前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越特性和動(dòng)態(tài)無(wú)功支持能力是亟須解決的熱點(diǎn)問(wèn)題。 本文以前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越控制策略以及不同故障不同電壓跌落情況下機(jī)組的LVRT(Low Voltage Ride Through,低電壓穿越)特性進(jìn)行了研究，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了控制策略的有效性。 首先分析了前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行理論，主要從四個(gè)方面來(lái)闡述，前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組基本原理、前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型、前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組效率及系統(tǒng)級(jí)建模方法。闡述了機(jī)組結(jié)構(gòu)，分析了導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)原理，重點(diǎn)研究了前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)研究問(wèn)題建立了前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組主要組成部件的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了機(jī)組效率，討論了系統(tǒng)級(jí)建模的方法。 其次針對(duì)不同類(lèi)型的電壓跌落故障，采用了快速準(zhǔn)確的低電壓檢測(cè)方法。對(duì)低電壓持續(xù)時(shí)間的檢測(cè)采用了基于自適應(yīng)閾值信息熵的低電壓持續(xù)時(shí)間檢測(cè)和基于自適應(yīng)閾值分形測(cè)度的低電壓持續(xù)時(shí)間檢測(cè)，并分別對(duì)這幾種檢測(cè)方法進(jìn)行了仿真。 然后針對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的特點(diǎn)，確定了機(jī)組的控制結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越控制，對(duì)故障期間如何發(fā)揮前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)無(wú)功支持能力進(jìn)行了探討。前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越要從三個(gè)子系統(tǒng)出發(fā)，即針對(duì)變槳系統(tǒng)的變槳控制、液力變矩器的導(dǎo)葉控制及無(wú)刷電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制，這是解決前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組LVRT的三個(gè)方面。以上三方面都可以減小功率的不平度，變槳控制和導(dǎo)葉控制是減小原動(dòng)機(jī)的輸入機(jī)械功率，而無(wú)刷勵(lì)磁控制則是增加發(fā)電機(jī)的電磁功率。針對(duì)不同的方面分別提出了基于灰色預(yù)測(cè)模型的具有LVRT功能的變槳控制、基于多種群遺傳算法的液力速度控制系統(tǒng)的變論域模糊控制和基于灰色模型的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模糊PID控制。針對(duì)變槳和液力變矩都采用變論域模糊控制，利用多種群遺傳算法優(yōu)化伸縮因子的參數(shù)；對(duì)無(wú)刷勵(lì)磁控制采用預(yù)測(cè)模糊PID控制，利用ICA(Imperialist Competitive Algorithm,帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法)優(yōu)化量化比例因子。對(duì)三個(gè)不同方面的具體控制策略和控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳盡的闡述。電網(wǎng)故障下，前端調(diào)速式風(fēng)電控制系統(tǒng)由正常運(yùn)行狀態(tài)控制模式切換為故障狀態(tài)控制模式，風(fēng)電系統(tǒng)主控以電壓作為觸發(fā)條件進(jìn)行相應(yīng)的操作。在此基礎(chǔ)上提出了電網(wǎng)故障下前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組LVRT的協(xié)同控制策略，搭建了系統(tǒng)級(jí)仿真模型并對(duì)不同故障不同電壓跌落情況下LVRT運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，所采用的控制策略可以較好地完成各個(gè)系統(tǒng)的控制目標(biāo)，前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組可以適應(yīng)不同故障不同電壓跌落情況，具有良好的低電壓穿越特性，滿足風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定。仿真結(jié)果驗(yàn)證了上述控制策略的有效性。 最后討論了前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的支持能力，從風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)等值模型詳細(xì)推導(dǎo)了風(fēng)電場(chǎng)的LVRT能力，即電網(wǎng)故障情況下風(fēng)電場(chǎng)所能提供的無(wú)功。首先詳細(xì)回顧了我國(guó)最新的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定；其次，從風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)等值模型出發(fā)，采用機(jī)理分析，詳細(xì)推導(dǎo)并量化了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓支持能力以及定性的分析了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)PCC(Point of Coupling Common,并網(wǎng)點(diǎn))電壓支持能力的約束條件；再次，在此基礎(chǔ)上提出了前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)的LVRT控制策略，即基于輸出反饋的非線性勵(lì)磁控制器和基于電壓跌落幅值的減小有功功率的控制方法?；谇岸苏{(diào)速式風(fēng)電機(jī)組CA-2.0MW-WD的動(dòng)態(tài)仿真模型對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組可以適應(yīng)不同故障不同電壓跌落情況，具有良好的低電壓穿越特性，滿足風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定。仿真結(jié)果表明了所提算法和控制策略的有效性。 【關(guān)鍵詞】：前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組 導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器 低電壓穿越控制 動(dòng)態(tài)無(wú)功支持 仿真研究
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 論文選題背景和研究意義12-14
• 1.1.1 論文研究背景12-14
• 1.1.2 論文研究意義14
• 1.2 論文國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行理論20-40
• 2.1 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組基本原理20-26
• 2.1.1 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.2 導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分析21-23
• 2.1.3 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理23-26
• 2.2 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型26-37
• 2.2.1 風(fēng)力機(jī)模型27-28
• 2.2.2 傳動(dòng)鏈模型28-33
• 2.2.3 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)模型33-35
• 2.2.4 電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)模型35-37
• 2.3 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組效率37-39
• 2.4 系統(tǒng)級(jí)建模39
• 2.5 小結(jié)39-40
• 3 風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的電壓跌落檢測(cè)40-48
• 3.1 對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落檢測(cè)40-42
• 3.1.1 dq 變換法40-41
• 3.1.2 仿真結(jié)果及分析41-42
• 3.2 不對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落檢測(cè)42-43
• 3.2.1 無(wú)延時(shí)的改進(jìn) dq 變換法42-43
• 3.2.2 仿真結(jié)果及分析43
• 3.3 復(fù)雜電網(wǎng)故障下電壓跌落檢測(cè)43-45
• 3.3.1 雙 dq 變換結(jié)合無(wú)延時(shí)的改進(jìn) dq 變換43-44
• 3.3.2 仿真結(jié)果及分析44-45
• 3.4 低電壓持續(xù)時(shí)間檢測(cè)45-47
• 3.4.1 基于自適應(yīng)閾值信息熵的電壓跌落時(shí)間檢測(cè)45-46
• 3.4.2 基于自適應(yīng)閾值分形測(cè)度的電壓跌落持續(xù)時(shí)間檢測(cè)46-47
• 3.5 小結(jié)47-48
• 4 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組 LVRT 控制策略48-82
• 4.1 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組控制結(jié)構(gòu)和目標(biāo)48-49
• 4.2 電網(wǎng)故障下前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的響應(yīng)49-50
• 4.2.1 電網(wǎng)故障對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的影響49
• 4.2.2 電網(wǎng)故障下同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程49-50
• 4.3 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越相關(guān)問(wèn)題50-52
• 4.4 具有 LVRT 功能的變槳控制52-61
• 4.4.1 槳距角計(jì)算模型52-53
• 4.4.2 變槳控制系統(tǒng)模式選擇53-54
• 4.4.3 風(fēng)電機(jī)組電動(dòng)變槳系統(tǒng)建模及運(yùn)行特性評(píng)估與測(cè)試54
• 4.4.4 基于灰色預(yù)測(cè)模型的具有 LVRT 功能的變槳控制54-57
• 4.4.5 仿真結(jié)果及分析57-61
• 4.5 導(dǎo)葉可調(diào)式液力變矩器速度控制61-68
• 4.5.1 可調(diào)式液力變矩器調(diào)節(jié)原理61-62
• 4.5.2 優(yōu)化算法選擇62
• 4.5.3 基于多種群遺傳算法的液力速度控制系統(tǒng)的變論域模糊控制62-66
• 4.5.4 仿真結(jié)果及分析66-68
• 4.6 三級(jí)無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制68-77
• 4.6.1 三級(jí)無(wú)刷電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)68-69
• 4.6.2 無(wú)刷電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制模式69-70
• 4.6.3 基于灰色模型的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模糊 PID 控制70-74
• 4.6.4 仿真結(jié)果及分析74-77
• 4.7 電網(wǎng)故障下前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組 LVRT 協(xié)同控制77-78
• 4.8 不同故障不同電壓跌落情況下機(jī)組的 LVRT 特性78-80
• 4.8.1 對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落 20%時(shí)機(jī)組的 LVRT 特性78-79
• 4.8.2 對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落 80%時(shí)機(jī)組的 LVRT 特性79
• 4.8.3 不對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落 50%時(shí)機(jī)組的 LVRT 特性79-80
• 4.9 小結(jié)80-82
• 5 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng) LVRT 控制策略82-102
• 5.1 風(fēng)電并網(wǎng)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)82-84
• 5.1.1 各國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)低電壓穿越要求82-83
• 5.1.2 國(guó)家電網(wǎng)公司風(fēng)電并網(wǎng)低電壓穿越要求83-84
• 5.2 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)的 LVRT 能力分析84-92
• 5.3 采用輸出反饋方式的前端調(diào)速式風(fēng)電系統(tǒng)非線性勵(lì)磁控制92-98
• 5.3.1 單機(jī)系統(tǒng)的非線性輸出反饋控制92-95
• 5.3.2 多機(jī)系統(tǒng)的非線性輸出反饋控制95-98
• 5.4 不同故障不同電壓跌落情況下風(fēng)電場(chǎng)的 LVRT 特性98-100
• 5.4.1 對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落 20%時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的 LVRT 特性98-99
• 5.4.2 對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落 80%時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的 LVRT 特性99-100
• 5.4.3 不對(duì)稱(chēng)故障下電壓跌落 50%時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的 LVRT 特性100
• 5.5 小結(jié)100-102
• 結(jié)論102-104
• 致謝104-105
• 參考文獻(xiàn)105-110
• 附錄 A 仿真模型110-111
• 附錄 B 機(jī)組參數(shù)111-113
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果113

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多機(jī)系統(tǒng)中勵(lì)磁與SVC的協(xié)調(diào)控制    何斌;張秀彬;趙興勇;

電網(wǎng)對(duì)稱(chēng)故障下基于active crowbar雙饋發(fā)電機(jī)控制    張學(xué)廣;徐殿國(guó);

雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越研究    梁亮;李建林;許洪華;

基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)風(fēng)電場(chǎng)等效風(fēng)能利用系數(shù)的研究    嚴(yán)干貴;李鴻博;趙冰;徐劍峰;

風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等值建模方法研究    蘇勛文

風(fēng)力發(fā)電可變導(dǎo)葉液力機(jī)械調(diào)速裝置研究    杜魏魏

用于電力系統(tǒng)仿真的風(fēng)電場(chǎng)等值模型研究    張坤

銑削加工切削參數(shù)智能選擇系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)    鄒云

粒子群優(yōu)化算法及其若干工程應(yīng)用研究    高海兵

基于實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)電場(chǎng)整體模型的研究    胡雅娟

元胞自動(dòng)機(jī)的研究及模型的建立    呂凱

聯(lián)網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模及仿真分析    郎斌斌

大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建模與仿真    李晶,宋家驊,王偉勝

風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能及其應(yīng)用    關(guān)宏亮;趙海翔;王偉勝;戴慧珠;楊以涵;

多機(jī)頭并聯(lián)機(jī)組實(shí)驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法    孫曉偉;

《風(fēng)力機(jī)組控制技術(shù)》教材編寫(xiě)心得    霍志紅;鄭源;許昌;趙振宙;

3MW雙饋式風(fēng)電機(jī)組變槳控制策略?xún)?yōu)化研究    姚興佳;侯世旭;王曉東;劉穎明;

風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的研究    方濤;黃維學(xué);

630MW機(jī)組DCS與DEH一體化升級(jí)改造    朱又生;

風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)方法研究    俞黎萍;

半封閉螺桿冷水機(jī)組PLC控制系統(tǒng)    王鐵梅,石廣

風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)冰研究現(xiàn)狀與進(jìn)展    王聰;黃潔亭;張勇;韓爽;

雙饋風(fēng)電機(jī)組主動(dòng)參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)控制研究    張憲平;趙廣宇;潘磊;秦明;

臨港燃機(jī)“機(jī)組一鍵啟?！痹谶M(jìn)程中    馬菊蘭;

REpower1.5MW機(jī)組安全及低電壓穿越分析    王明軍;龐靖宇;

SOE在K201機(jī)組中的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)    孫偉;

提前測(cè)風(fēng)優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行研究    王兆鄰;張華耀;

印度300MW機(jī)組DCS項(xiàng)目的系統(tǒng)配置及優(yōu)化    諸李君;康磊;肖伯樂(lè);

監(jiān)控系統(tǒng)故障導(dǎo)致機(jī)組100%轉(zhuǎn)速燒損風(fēng)閘事件研究    李霞;

遠(yuǎn)景能源:不走尋常路    徐濤;

對(duì)冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)控制的一些研究    寧濤;

800MW機(jī)組DCS系統(tǒng)及問(wèn)題與對(duì)策    潘書(shū)林;孫笑;袁宏宇;

在自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“中國(guó)制造”    黃全權(quán)常玉潔

上海石化CFB機(jī)組控制技術(shù)世界領(lǐng)先    記者 呂向榮通訊員 吳飛

搶占百萬(wàn)千瓦機(jī)組汽輪機(jī)控制制高點(diǎn)    吳科

兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷研究    單光坤

雙饋風(fēng)電機(jī)組模型預(yù)測(cè)控制研究    井艷軍

永磁式直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)研究    劉穎明

變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)模型及并網(wǎng)控制策略的研究    李晶

變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)故障機(jī)理與分析模型研究    歐陽(yáng)金鑫

變速風(fēng)電機(jī)組的虛擬慣性與系統(tǒng)阻尼控制研究    張祥宇

大型雙饋風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)載荷控制策略研究    王曉東

變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組最優(yōu)功率控制研究    劉姝

低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及優(yōu)化控制研究    宋海輝

變速風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究    李先奇

風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化選型與布置研究    李剛

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究    莫品豪

雙饋風(fēng)電機(jī)組參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的策略研究    李曉鈺

大型雙饋風(fēng)電機(jī)組多目標(biāo)優(yōu)化控制    侯世旭

多兆瓦風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)控制策略的研究與應(yīng)用    劉國(guó)祥

風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制策略的研究    龔宇琴

基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究    王羽

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析    朱雯

基于PSCAD/EMTDC的變速風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)仿真研究    馮雙磊

天彩大廈冷水機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及其與CONTINUUM系統(tǒng)集成的研究    暴瑛