直驱永磁同步风电系统综合协调控制及其关键技术的研究

【摘要】：风能是一种取之不尽、用之不竭的环境友好型清洁能源,使得风力发电受到人们越来越多的关注。直驱永磁同步风电机组作为未来发展的主要机型,该类型的风电大规模地接入电网导致的大量技术问题不容忽视。为了减少其对电力系统的带来的不利影响,实现风电系统与电网和谐发展、互利共赢,使得对直驱永磁同步风电系统并网综合协调控制的研究具有十分重要的意义。 论文以直驱永磁同步风力发电系统为研究对象,研究了其并网综合协调控制及一些关键技术。首先,建立了永磁同步发电机静动态数学模型,提出了一种基于矢量控制的永磁同步电机直接参数辨识的方法。仿真与实验结果表明,该参数辨识算法是有效的,可以实现定子电阻Rs、d轴电感Ld、q轴电感Lq和永磁体磁链ψf离线参数辨识。其次,建立了风力机系统和变流器数学模型,设计了风力机系统及发电机侧变流器的控制策略以及具有解耦控制器的电压定向控制的电网侧变流器控制策略。仿真结果表明,建立的模型和设计的控制策略是正确的和有效的,且具有较好的动态特性。然后,针对含直驱永磁同步风电机组的电力系统,提出了直驱型风电节点在网络方程中的处理方法,并进行了并网动态仿真的研究。 最后,针对传统控制方法的不足,提出了一种直驱型风力发电系统并网综合协调控制方法。对单机无穷大系统和多机系统算例分别做了仿真研究。仿真结果表明,上述并网综合协调控制方法能结合桨距角控制器合理协调有功和无功出力,能很好地为并网点电压提供无功支持以提高系统的电压稳定性,此外也在一定程度上有利于多机系统的功角稳定。 【关键词】：永磁同步发电机 参数辨识 矢量控制 电压定向控制 解耦控制 时域仿真 综合协调控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.1.1 环境污染与能源危机11
• 1.1.2 课题研究的科学意义11-12
• 1.2 直驱永磁同步风电系统综合协调控制研究现状12-16
• 1.2.1 风电并网存在的问题12-13
• 1.2.2 直驱永磁同步风电系统控制研究现状13-14
• 1.2.3 风电并网综合协调控制研究现状14-16
• 1.3 论文的主要工作16-19
• 2 永磁同步发电机建模及其直接参数辨识19-37
• 2.1 参考坐标系变换19-21
• 2.1.1 abc/dq坐标变换19-20
• 2.1.2 abc/αβ坐标变换20
• 2.1.3 dq/αβ坐标变换20-21
• 2.2 永磁同步发电机的数学模型21-22
• 2.2.1 永磁同步发电机动态模型21-22
• 2.2.2 永磁同步发电机稳态模型22
• 2.3 永磁同步发电机直接参数辨识22-35
• 2.3.1 概述22-23
• 2.3.2 参数辨识的必要性23-27
• 2.3.3 基于矢量控制的直接参数辨识方法27-30
• 2.3.4 仿真研究30-32
• 2.3.5 实验验证32-35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 直驱永磁同步风电系统的控制策略37-51
• 3.1 风力机系统与变流器建模37-39
• 3.1.1 风力机系统的数学模型37-39
• 3.1.2 变流器的数学模型39
• 3.2 风力机系统及发电机侧变流器控制模型39-45
• 3.2.1 最大功率点跟踪控制39-40
• 3.2.2 桨距角控制40-41
• 3.2.3 发电机侧变流器控制策略41-43
• 3.2.4 仿真分析43-45
• 3.3 电网侧变流器控制模型45-49
• 3.3.1 电压定向控制45
• 3.3.2 解耦控制器设计45-46
• 3.3.3 电网侧变流器控制策略46-47
• 3.3.4 仿真分析47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 4 含直驱永磁同步风电机组的电力系统模型与分析51-61
• 4.1 电力系统微分代数(DAE)模型51-53
• 4.1.1 网络方程51
• 4.1.2 同步发电机51-52
• 4.1.3 励磁系统52
• 4.1.4 负荷模型52-53
• 4.1.5 直驱永磁同步风电系统模型53
• 4.2 动态元件与电力网络的接口53-54
• 4.2.1 同步发电机在网络方程中节点处理53
• 4.2.2 直驱型风电在网络方程中节点处理53-54
• 4.3 含直驱永磁同步风电机组的潮流分析54-55
• 4.4 直驱永磁同步风电系统并网动态仿真55-60
• 4.4.1 仿真系统描述55
• 4.4.2 仿真系统流程55-57
• 4.4.3 仿真结果分析57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 直驱永磁同步风电系统并网综合协调控制61-75
• 5.1 并网综合协调控制原理61-62
• 5.2 并网综合协调控制策略62-65
• 5.2.1 系统的控制结构62-63
• 5.2.2 系统的控制流程63-65
• 5.3 单机无穷大系统算例仿真分析65-68
• 5.3.1 三相短路65-67
• 5.3.2 负荷波动67-68
• 5.4 多机系统算例仿真分析68-73
• 5.4.1 三相短路69-71
• 5.4.2 负荷波动71-73
• 5.5 本章小结73-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-82

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