不对称电网条件下双馈风电变流器控制策略研究

【摘要】：随着风电装机容量的不断增加,提高风电系统输出电能质量的技术越来越受到人们的重视。本文以不对称电网电压条件下双馈风电变流器控制技术为研究对象,在推导了对称电网电压下机侧变流器与网侧变流器的控制算法后,重点对机侧变流器和网侧变流器在不对称电网电压下的控制算法进行研究,并通过仿真和实验对控制算法的有效性进行了验证。 首先介绍了变速恒频风力发电系统,建立了对称和不对称电网电压下双馈感应电机的数学模型；建立了网侧变流器在电网电压对称以及不对称条件下的数学模型。 随后研究了网侧变流器在电网电压对称以及不对称情况下的控制算法。根据不对称情况下的控制策略设定三个相互独立的控制目标,并给出各个目标的控制算法。针对不对称电网电压的控制方法,研究了四种正负序分量分离计算法,并通过实验分析了四种方法的优缺点。 作为对理论分析的部分验证,本文以MATLAB/Simulink为平台,对网侧变流器在对称和不对称电网电压条件下的运行情况进行了仿真分析,通过仿真比较了传统矢量控制和不对称控制策略对网侧变流器的控制效果。 之后分析了不对称电网电压对机侧变流器的影响。重点研究了机侧变流器的双dq电流环控制策略,推导了不对称电网电压下四种控制目标的指令算法。重点对机侧变流器在不对称情况下四种相互独立的控制目标进行了仿真分析。此外,还分析了不对称电网电压对转子电压造成的影响。 最后,以90kW双馈异步电机试验平台为基础,对网侧变流器和机侧变流器进行了实验。通过实验比较了网侧变流器和机侧变流器采用传统矢量控制和不对称控制时的控制效果,并对不对称电网电压条件下的不同控制目标进行比较分析。 【关键词】：风力发电 网侧变流器 机侧变流器 电压不对称
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-10
• 1 引言10-18
• 1.1 课题背景10-11
• 1.1.1 能源危机与新能源的开发10
• 1.1.2 风力发电现状10-11
• 1.2 风力发电技术的发展状况11-13
• 1.2.1 风电技术的发展11-12
• 1.2.2 变速恒频发电技术12-13
• 1.3 研究三相不对称电网电压条件下DFIG变流器控制策略的意义13-15
• 1.4 本文主要内容15-18
• 2 双馈风力发电系统建模18-32
• 2.1 变速恒频风力发电系统介绍18-19
• 2.2 对称电网条件下双馈感应电机建模19-24
• 2.2.1 a-b-c三相静止坐标系下电机数学模型20-21
• 2.2.2 坐标变换21-23
• 2.2.3 同步旋转坐标下的数学模型23-24
• 2.3 不对称电网电压下双馈感应电机数学模型24-27
• 2.3.1 序和负序同步旋转坐标系及其变换关系24-25
• 2.3.2 不对称电网电压下双馈感应电机数学模型25-27
• 2.4 网侧变流器数学模型27-32
• 2.4.1 同步旋转坐标系下网侧变流器数学模型29-30
• 2.4.2 不对称电网电压条件下网侧变流器数学模型30-32
• 3 双馈风电变流器网侧控制策略研究32-50
• 3.1 四种正负序分量分离计算法的比较分析33-39
• 3.1.1 正负序分量分离方法简述33-37
• 3.1.2 试验与分析37-39
• 3.2 对称电网电压下网侧控制策略研究39-42
• 3.2.1 网侧电流控制方法概述39-40
• 3.2.2 电流内环控制系统设计40-42
• 3.3 不对称电网电压条件下网侧控制策略研究42-46
• 3.3.1 网侧控制算法42-44
• 3.3.2 网侧控制目标44-46
• 3.4 网侧变流器控制策略仿真46-50
• 3.4.1 对称电网电压下网侧变流器仿真46-47
• 3.4.2 不对称电网电压下网侧变流器仿真47-50
• 4 双馈风电变流器机侧控制策略研究50-68
• 4.1 对称电网电压下机侧变流器控制策略50-52
• 4.2 不对称电网电压条件下机侧控制策略研究52-58
• 4.2.1 定子磁链定向矢量控制52-55
• 4.2.2 机侧变流器控制目标55-58
• 4.3 电网电压不对称跌落对机侧变流器的影响58-60
• 4.3.1 电网不对称情况下转子电压稳态分析58-60
• 4.3.2 转子过压对双馈变流器的影响60
• 4.4 机侧变流器控制策略仿真60-68
• 4.4.1 对称电网电压下机侧变流器仿真验证60-62
• 4.4.2 不对称电网电压下机侧变流器控制目标仿真验证62-68
• 5 双馈风电系统控制策略实验68-78
• 5.1 网侧变流器实验结果分析68-71
• 5.2 机侧变流器实验结果分析71-78
• 5.2.1 对称电网电压下机侧变流器实验结果分析71-72
• 5.2.2 不对称电网电压下机侧变流器实验结果分析72-78
• 6 结论78-80
• 参考文献80-82
• 附录A82-84
• 作者简历84-88
• 学位论文数据集88

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