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柔性直流输电技术在风电并网中的应用研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 19:02:41
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柔性直流输电技术在风电并网中的应用研究【摘要】:作为一种很有应用前景的可再生能源,风电的大规模应用在很大程度上受到并网技术的制约。柔性直流输电技术(VSC—HVDC,voltage

【摘要】:作为一种很有应用前景的可再生能源,风电的大规模应用在很大程度上受到并网技术的制约。柔性直流输电技术(VSC—HVDC,voltage source converter highvoltage direct current)的出现为风电并网提供了新的途径,从目前国际上几个具体的工程看,VSC—HVDC可以在风电并网中得到很好的应用。考虑到风电并网系统的复杂性,由于时间与精力有限,本文将围绕着永磁并网系统的最大风能追踪、并网侧功率因数与直流电压稳定这三个控制目标,研究VSC—HVDC中的电压源换流器(VSC,voltage source converter)在上述方面的应用,对控制目标的控制系统进行设计,最后通过仿真验证控制系统的有效性。 本文建立了VSC在abc与dq坐标系下的数学模型,研究了VSC的工作机理与控制策略。依据网侧电压矢量定向控制策略,设计了VSC双闭环控制器,其中外环实现功率、直流电压控制,内环实现电流控制。对通过VSC—HVDC连接的两个交流系统进行了仿真,仿真结果表明了VSC在调节有功、无功及其他变量上的灵活性。同时,对空间矢量脉冲宽度调制的高直流电压利用率与低谐波率进行了仿真验证。 分析了永磁直驱并网系统的结构、永磁电机的数学模型。比较了几种永磁直驱并网系统的拓扑结构,通过对比表明:采用VSC并网的拓扑结构可以实现很好的控制效果。对通过VSC并网的永磁直驱系统控制策略进行了深入的研究,根据本文的三个控制目标,在机侧采用转子磁场矢量定向的控制方式、网侧采用电压矢量定向控制方式,完成两端控制系统的设计。 在MATLAB/SIMUlink环境下完成所有仿真模型的搭建,仿真结果验证了控制策略的良好性能。控制目标的实现说明了所设计控制器的有效性,充分体现了VSC—HVDC在风电并网中的具体应用。 【关键词】:并网技术 控制策略 永磁直驱 双闭环控制器 矢量定向控制
【学位授予单位】:沈阳理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM721.1;TM614
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-12
  • 第1章 绪论12-20
  • 1.1 风力发电的意义与特点12
  • 1.2 风电开发利用的发展12-18
  • 1.2.1 风力发电机组的分类13-16
  • 1.2.2 大规模风电并网对电力系统的影响16-18
  • 1.3 柔性直流输电技术在风电并网中的应用18
  • 1.4 本论文的主要工作18-20
  • 第2章 VSC 的工作原理及其控制策略20-40
  • 2.1 引言20
  • 2.2 VSC 的基本结构及四象限工作原理20-23
  • 2.2.1 VSC 的基本结构20-21
  • 2.2.2 VSC 四象限工作原理21-23
  • 2.3 SVPWM 调制技术23-28
  • 2.3.1 SVPWM 调制技术原理23-26
  • 2.3.2 SIMUlink 下 SPWM 与 SVPWM 逆变效果仿真对比26-28
  • 2.4 三相 VSC 的控制策略28-32
  • 2.4.1 三相 VSC 的数学模型28-30
  • 2.4.2 三相 VSC 常用的控制策略30-32
  • 2.5 VSC 控制器的设计32-35
  • 2.5.1 内环控制器的设计32-33
  • 2.5.2 外环功率、直流电压控制器的设计33-35
  • 2.6 SIMUlink 下 VSC 控制器的仿真分析35-39
  • 2.7 本章小结39-40
  • 第3章 最大风能捕获及永磁直驱并网系统40-55
  • 3.1 风力机的最大风能捕获原理40-41
  • 3.2 永磁同步发电机模型41-46
  • 3.2.1 自然坐标系下的电机方程42-43
  • 3.2.2 同步旋转坐标系下的电机方程43-46
  • 3.3 永磁直驱并网系统几种常用拓扑结构46-50
  • 3.3.1 不控整流后接无功补偿变流器拓扑结构47-48
  • 3.3.2 不控整流后接电流源逆变器拓扑机构48
  • 3.3.3 不控整流后接 PWM 逆变器拓扑结构48-49
  • 3.3.4 整个系统经过 VSC—HVDC 并网的拓扑结构49-50
  • 3.4 永磁直驱系统通过 VSC 并网控制策略的选择50-51
  • 3.5 最大风能跟踪方法的选择51-53
  • 3.6 本章小结53-55
  • 第4章 永磁直驱并网系统控制系统的设计55-62
  • 4.1 机侧控制系统的设计55-57
  • 4.1.1 机侧内环电流参考值的获得55
  • 4.1.2 磁链矢量定向控制原理下电流的解耦55-57
  • 4.2 网侧控制系统的设计57-59
  • 4.3 转子位置角的获取59-61
  • 4.4 本章小结61-62
  • 第5章 SIMUlink 下仿真模型的搭建与结果分析62-76
  • 5.1 仿真参数及整体仿真模型62-63
  • 5.2 风力机与阶跃风速仿真模型63-65
  • 5.3 电机侧控制系统关键环节框图的搭建65-67
  • 5.4 并网侧控制系统关键环节框图的搭建67-69
  • 5.5 仿真结果及其分析69-75
  • 5.6 本章小结75-76
  • 结论76-78
  • 参考文献78-82
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果82-83
  • 致谢83-84


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