雙饋風電機組低壓穿越控制策略的研究

【摘要】：能源是人類社會生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),尤其是可再生能源,隨著人類社會的迅速發(fā)展,對清潔能源的需求急劇增長,尤其是風能。目前全球風電場集中分布于比較偏遠的區(qū)域,電網(wǎng)容易發(fā)生故障。如果是電網(wǎng)嚴重故障,導致大規(guī)模接入電網(wǎng)的風電機組解列,會進一步使得電網(wǎng)癱瘓。為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行,低電壓穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)已成為風電并網(wǎng)的必要條件。因此對于目前大規(guī)模并網(wǎng)的雙饋風電機組進行低壓穿越控制的研究有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文首先概述了全球性的能源和環(huán)境危機以及風電發(fā)展的必要性,并介紹了目前國內(nèi)外雙饋風電機組的低壓穿越控制策略的研究現(xiàn)狀和問題,分析了現(xiàn)有各種雙饋風電機組低壓穿越控制策略的優(yōu)劣性。簡要歸納了目前常見的風電故障,并通過理論分析和公式推導得出了雙饋風電機組在各類風電故障下的暫態(tài)故障響應,從而得出雙饋風電機組在電網(wǎng)故障時的優(yōu)化控制目標,為下面章節(jié)在各類故障時的低壓穿越改進控制方法的研究和設(shè)計提供了理論依據(jù)。接著對雙饋風電系統(tǒng)包括風力機和雙饋電機進行建模,通過對雙饋式感應電機和風力機數(shù)學模型的分析,根據(jù)傳統(tǒng)理想電網(wǎng)條件下的雙饋電機控制策略,分別在對稱電網(wǎng)故障和不對稱電網(wǎng)故障下進行研究,得出了改進轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(Rotor Side Converter,RSC)和網(wǎng)側(cè)變流器(Grid Side Converter,GSC)的低壓穿越控制方案。當電網(wǎng)電壓對稱跌落,甚至三相對地完全短路,通過采用改進轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)控制方法完成對稱電網(wǎng)電壓跌落時的低電壓穿越策略;當電網(wǎng)電壓不對稱跌落時,采用比例積分諧振(PIR)控制器大大簡化控制器結(jié)構(gòu),并通過模糊整定兩個可變參數(shù)來對目前的低壓穿越控制目標進行綜合協(xié)調(diào)控制,即不單純追求某一項指標的絕對無靜差控制,而是通過前饋量改變控制目標,從而完成多目標協(xié)調(diào)的低壓穿越控制。在模擬電網(wǎng)電壓跌落故障的基礎(chǔ)上,通過搭建PSCAD模型進行仿真實驗,根據(jù)仿真結(jié)果驗證了該控制方法比穩(wěn)態(tài)控制策略更加穩(wěn)定、安全和可靠,實現(xiàn)了理論推導和仿真驗證的全面研究。 【關(guān)鍵詞】：雙饋電機 低壓穿越 網(wǎng)側(cè)變流器 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器 對稱電網(wǎng)電壓跌落 不對稱電網(wǎng)電壓跌落
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 課題背景和研究意義7-8
• 1.1.1 課題背景7
• 1.1.2 課題研究的意義7-8
• 1.2 低壓穿越技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 低壓穿越技術(shù)概念8
• 1.2.2 常見電網(wǎng)電壓故障類型8-10
• 1.2.3 改進控制策略型低壓穿越技術(shù)10-11
• 1.2.4 外加硬件電路型低壓穿越技術(shù)11-13
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容13-15
• 第二章 雙饋風電系統(tǒng)數(shù)學模型與控制策略15-30
• 2.1 概述15
• 2.2 風力機數(shù)學模型15-16
• 2.3 雙饋感應電機數(shù)學模型16-21
• 2.3.1 三相靜止坐標系下的雙饋電機數(shù)學模型17-19
• 2.3.2 任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)dq坐標系下的雙饋電機數(shù)學模型19-21
• 2.4 雙饋風電機組網(wǎng)側(cè)變流器控制策略21-25
• 2.4.1 網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學模型21-23
• 2.4.2 網(wǎng)側(cè)變流器矢量控制策略23-25
• 2.5 雙饋風電機組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制策略25-29
• 2.5.1 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器數(shù)學模型25-26
• 2.5.2 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器矢量控制策略26-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 雙饋風電系統(tǒng)PSCAD仿真建模及運行特性研究30-46
• 3.1 概述30
• 3.2 雙饋風電系統(tǒng)PSCAD仿真模型30-34
• 3.2.1 風力機仿真模型30-31
• 3.2.2 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器仿真模型31-33
• 3.2.3 網(wǎng)側(cè)變流器控制器仿真模型33-34
• 3.3 雙饋風電系統(tǒng)運行特性研究34-45
• 3.3.1 雙饋風電系統(tǒng)理想電網(wǎng)條件下運行仿真分析34-37
• 3.3.2 對稱電網(wǎng)電壓故障下雙饋風電機組運行特性研究37-41
• 3.3.3 不對稱電網(wǎng)電壓故障下雙饋風電機組運行特性研究41-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 對稱電壓故障時雙饋風電機組控制策略研究46-55
• 4.1 概述46
• 4.2 電網(wǎng)對稱故障時轉(zhuǎn)子側(cè)低壓穿越控制方案46-49
• 4.3 電網(wǎng)對稱故障時網(wǎng)側(cè)低壓穿越控制方案49-52
• 4.3.1 網(wǎng)側(cè)變流器傳統(tǒng)前饋控制策略49-51
• 4.3.2 網(wǎng)側(cè)變流器改進前饋控制策略51-52
• 4.4 系統(tǒng)仿真分析52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 不對稱電壓故障時雙饋風電機組多目標協(xié)調(diào)控制55-69
• 5.1 概述55
• 5.2 不對稱電網(wǎng)電壓下DFIG的模型55-58
• 5.3 基于PIR的轉(zhuǎn)子側(cè)前饋矢量控制58-59
• 5.3.1 比例積分諧振電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計58
• 5.3.2 基于PIR的轉(zhuǎn)子側(cè)矢量控制方法58-59
• 5.4 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器多目標協(xié)調(diào)控制59-63
• 5.4.1 多目標協(xié)調(diào)控制器設(shè)計59-61
• 5.4.2 前饋系數(shù)模糊整定61-63
• 5.5 基于PIR的網(wǎng)側(cè)矢量控制方法63-65
• 5.6 系統(tǒng)仿真分析65-68
• 5.7 本章小結(jié)68-69
• 主要結(jié)論與展望69-70
• 主要結(jié)論69
• 展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-74
• 附錄: 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文74

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