双馈式风电变流器控制系统仿真分析

【摘要】：由于单个机组容量相对较大，风力发电作为一种极具潜力和应用价值的可再生能源发电方式在近几十年吸引了大家更多的目光。然而，虽然中国的风电机组装机容量在在近些年保持了持续增长的态势，但却只有部分机组并网发电，而与其他传统发电形式相比，风电机组发出的电能仍然只占有很小的份额。在提高风力发电效率和安全可靠性方面研究人员需要做更多的工作来更好地满足电网对风电场的要求，从而提高风力发电的竞争力。 本课题在MATLAB/Simulink平台下建立了典型1.5MW双馈式变速恒频风电机组的仿真模型，以期为大功率双馈式变流器的控制系统研究设计提供方便的试验平台。主要工作包括： （1）基于标幺值系统下各组成部件的数学模型，分别建立了变桨距风力机、柔性传动系统、双馈异步发电机（DFIG）、背靠背式交-直-交变流器等的仿真模型； （2）分别对网侧变流器和机侧变流器的控制目标和矢量控制方法进行了研究分析； （3）设计并优化了两侧变流器的控制参数并对控制效果进行了仿真验证。 仿真结果显示，当与理想电网连接运行时，对网侧变流器采用电网电压定向矢量控制方法可以实现网侧单位功率因素运行和保持直流环节电压恒定以支持整个背靠背变流器的正常运行；对机侧变流器采用定子磁链定向矢量控制，可以实现额定风速下机组的最大风能捕获控制和无功功率控制。然而，基于空间电压矢量脉冲宽度调制(SVPWM)的电流控制可以在0.1秒内达到稳态，而机组的有功功率控制却由于风力机和发电机转子的惯性时间常数较大通常需要几十秒的时间才能达到稳态。 【关键词】：建模与仿真 双馈式变流器控制 PI参数设计 变速恒频
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景8
• 1.2 变速恒频风力发电与变流器8-11
• 1.3 双馈式变流器并网运行控制策略研究现状11-13
• 1.4 本文研究内容和组织结构13-14
• 2 双馈式风力发电系统模型14-23
• 2.1 标幺值系统14
• 2.2 风力机14-16
• 2.3 传动系统16-18
• 2.4 双馈异步发电机18-21
• 2.5 背靠背变流器21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 双馈式风电变流器控制模型23-34
• 3.1 SVPWM 控制技术23-25
• 3.2 网侧变流器控制25-30
• 3.3 机侧变流器控制30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 变流器控制系统参数设计及系统仿真34-51
• 4.1 网侧变流器控制参数设计及控制效果仿真34-44
• 4.2 机侧变流器控制参数设计及控制效果仿真44-49
• 4.3 本章小结49-51
• 5 总结与展望51-53
• 5.1 课题主要成果及结论51-52
• 5.2 未来工作展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-56

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