风电机组并网的虚拟电网系统仿真研究

【摘要】：由于现在环境问题日益严重和国家可持续发展战略的要求,所以风力这种新能源发电系统越来越成为各国努力发展的电力系统。这样就不可避免的出现了越来越多的风电机组并入到电网中,而当风电机组并网时就会出现无功功率变化等故障,这些故障或者是对电网,或者是对风电机组都会带来一些影响。所以如何能够在不干扰正常电网运行的情况下测试这些风电机组在故障情形下的运行情况就变得愈加重要。本文旨在提出一种用于风电机并网测试的虚拟电网系统的设计方案,并进行计算机仿真验证。本文所研究的虚拟电网系统既能模拟风电机组并网的特有电网故障波形还能模拟常见电网故障电网波形。 为了使设计更加的合理,本文从《大型风电场并网设计技术规范》中规定的风电机组并网的一些故障类型以及此规范外之外常见的电网故障要求入手,分析了这些故障出现的原因以及波形特征。再介绍了到目前为止已经出现的一些模拟电网系统的研究情况,为了更加充分全面,本文分别从正常电网模拟系统,模拟故障硬件平台以及其他类型虚拟电网系统三方面进行了介绍。 经过以上的准备工作,最后提出了本课题设计的电网模拟系统的整体构成的主体电路结构,采用三个独立系统组合而成的拓扑结构。每一相由变压器进行隔离,整流电路一律采用三相PWM整流电路；逆变电路则采用单相PWM逆变电路,每一相的输出经滤波电路后再组合成为新的三相电。 在控制方面,主要以逆变电路的控制为核心。由于本文存在包含谐波的电网故障,所以将控制电路又划分为基波状态与谐波状态两种控制方式。这两种方式均是负反馈的控制策略,不同的地方在于一个采用内环电流外环电压的双闭环反馈,另一个则采用电压有效值反馈。当然随着反馈原理的不同,之后的滤波电路部分也需要不同的电感、电容参数值来进行输出匹配。 最终通过采用普遍的MATLAB/SIMUlink辅助软件来完成本次设计思想的仿真验证。经过搭建好的各种故障电路运行后,它们的仿真结果均证明了所设计虚拟电网系统方案的正确性。 【关键词】：虚拟电网系统 电网故障 MATLAB PWM
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM743
【目录】：

• 目录5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 附图索引9-12
• 附表索引12-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.2 常见的电网故障类型14-17
• 1.2.1 电网电压幅值故障类型14-15
• 1.2.2 电网电压的频率故障15-16
• 1.2.3 电网电压波形畸变故障类型16-17
• 1.3 电网模拟系统的研究现状17-23
• 1.3.1 正常电网状况模拟系统的研究现状17-19
• 1.3.2 故障电网状况模拟系统的研究现状19-21
• 1.3.2.1 电压跌落模拟器的研究现状19-20
• 1.3.2.2 可编程电压质量扰动发生装置20-21
• 1.3.2.3 元胞自动机模拟电网故障21
• 1.3.3 其他电网模拟系统的研究现状21-23
• 1.4 本文主要内容23-24
• 第2章 模拟电网电压的相关规定与要求24-29
• 2.1 《大型风电场并网设计技术规范》24-25
• 2.2 虚拟电网系统功能25-27
• 2.2.1 无功功率控制25-26
• 2.2.2 频率调节26
• 2.2.3 低电压穿越26-27
• 2.3 其他故障类波形的模拟27-29
• 2.3.1 电压三相(不)平衡跌落27
• 2.3.2 电压三相不平衡27
• 2.3.3 包含谐波27-29
• 第3章 虚拟电网系统的工作原理29-35
• 3.1 虚拟电网系统的主电路29
• 3.2 虚拟电网系统的主电路拓扑结构29-33
• 3.2.1 整流环节拓扑结构讨论29-30
• 3.2.2 逆变环节的拓扑结构选择30-33
• 3.3 虚拟电网系统的工作原理33-35
• 第4章 虚拟电网系统的控制策略35-54
• 4.1 单相PWM逆变器的建模35-37
• 4.2 逆变侧控制方式的选择37-41
• 4.2.1 基波状态37-38
• 4.2.2 谐波状态38-41
• 4.3 逆变侧滤波参数设计41-43
• 4.3.1 逆变侧电感选择41-42
• 4.3.2 逆变侧电容选择42
• 4.3.3 滤波器截止频率要求42-43
• 4.4 控制器设计43-54
• 4.4.1 基波运行状态系统的设计43-53
• 4.4.2 谐波运行状态下控制系统53-54
• 第5章 虚拟电网系统建模与仿真54-64
• 5.1 MATLAB/SIMUlink54
• 5.2 故障虚拟电网系统的设计54-56
• 5.2.1 主电路部分设计54-56
• 5.2.2 控制策略部分设计56
• 5.3 故障虚拟电网系统系统建模图56-64
• 5.3.1 并网技术规范中的故障类型56-60
• 5.3.2 并网技术规范外的故障类型60-64
• 第6章 结论64-66
• 6.1 主要工作总结64
• 6.2 期望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71-72
• 附录B 攻读学位期间课题资助项目72

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