双馈风力发电机矩阵式励磁调节器及其控制策略.pdf
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1、叶 似、。 A b s t r a c t T i t l e :T h eE x c i t a t i o nR e g u l a t o r sA n dC o n t r o lS t r a t e g yo fD o u b l y - f e d W i n dP o w e rG e n e r a t i o nS y s t e mB a s eo nM a t r i xc o n v e r t e r M a j o r :D e t e c t i o nT e c h n o l o g ya n d A u t o m a t i o nD e v i c e
2、 N a m e :L E IJ I A S u p e r v i s o r :A s s o c i a t eP r o f L IS h e n g m i n Ab s t r a c t S i g n a t u r e :基j 硷 s g n a t u r 彩铲 A sr e n e w a b l ea n dc l e a ne n e r g y ,谢n de n e r g yh a v eb e e nt a k e nm o r ea n dm o r ea t t e n t i o no f t h es c h o l a r sa l lo v e rt
3、 h ew o r l d V a r i a b l eS p e e dC o n s t a n tF r e q u e n c y ( V S C F ) d o u b l y - f e dw i n d p o w e rh a sb e c o m et h eo p t i m a lt e c h n i c a ls o l u t i o n s T h i sp a p e rf o c u so nd o u b l y - f e dw i n dp o w e r c o n t r o ls y s t e mm o d e l i n ga n di t
4、se x c i t a t i o nc o n t r 0 1 F i r s t t h ew o r k i n gm e c h a n i s mo fV S C Fd o u b l y - f e d 、i n dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e mW a s s t u d i e d ,t h es t r u c t u r e ,f u n c t i o na n dc o n t r o lg o a l so ft h es y s t e mw e r eM i n gc h r o m a t o g r a p h
5、y , C o m b i n e dw i t ht h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ee x i s t i n ga l li n v e r t e ra n dt h ec o n t r o l l e r r e q u i r e m e n t so ft h ew i n dp o w e rs y s t e m T h es c h e m eo ft a k i n gt h em a t r i xc o n v e r t e ra sr o t o r e x c i t a
6、t i o nd e v i c eo fd o u b l y f e dw i n dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e mW a sd e t e r m i n e d S e c o n d l y ,a c c o r d i n gt o t h ed i f f e r e n tc o n t r o lr e q u i r e m e n t sa n dg o a l so ft h eV S C F d o u b l y f e dw i n dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e mo
7、fg r i d - s i d ea n dr o t o r - s i d e ,t h et w oc o n v e r t e r sa r e s t u d i e dr e s p e c t i v e l y ,o fw h i c ht h er o t o r - s i d eb u i l dt h el a r g e s tw i n de n e r g yc a p t u r ea n dw i n d g e n e r a t o ra c t i v ep o w e r 、r e a c t i v ep o w e rd e c o u p l
8、 i n gc o n t r o ls t r a t e g y ;g i r d - s i d ec o n v e r t e r t o e s t a b l i s has t a b l ed cb u sv o l t a g ec o n t r o ls t r a t e g y ;B a s e do nt h es t u d yo f w i n dt u r b i n eo p e r a t i n g c h a r a c t e r i s t i c sa n ds p e e dr e g u l a t i o nc h a r a c t e
9、 r i s t i c s ,t h ee x p r e s s i o n so f m e c h a n i c a lp o w e ro u t p u t a n dt o r q u ew e r ed e r i v e da n dg i v e n ,t l l ep r i n c i p l eo fm a x i m u mp o w e rf o l l o wa n a l y z e d A g a i n ,t h et w o s t a g em a t r i xc o n v e r t e ra sd o u b l e - f e dw i n
10、 dg e n e r a t o re x c i t a t i o nW a s m a i n l y s t u d i e d ,t w oc o m m o n l ym o d u l a t i o ns t r a t e g y :r e c t i f i c a t i o ns t a g en o n - z e r ov e c t o ro fd o u b l e s p a c ev e c t o rm o d u l a t i o na n dd u a l s p a c ev e c t o r , a n dt h ed u a l s p a
11、 c ev e c t o rs t r a t e g ys i m p l i f i e d a l g o r i t h mW a sg i v e n T h et w om o d u l a t i o ns t r a t e g i e s s i m u l a t i o nm o d e lw e r es e tu pa n d c o m p a r a t i v es t u d y T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt w o s t a g em a t r i xc o n v e r t e rh a sb e t
12、 t e rc h a r a c t e r i s t i c o fi n p u ta n do u t p u ta n d 仔c q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c s ,w h i c hc a nm e e t st h ee x c i t a t i o ns y s t e m r e q u i r e m e n t s F i n a l l y ,T h ew h o l es y s t e mm o d e la r ec o n s t r u c t e da n de m u l a t e di nt h ep
13、 l a t f o r mP S C A D T h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a t :w h e nt h ew i n ds p e e dc h a n g e s ,W h e nw i n ds p e e dc h a n g e s , 西安理工大学硕士学位论文 t h r o u g ht h ec o r r e s p o n d i n ga d j u s t m e n to fm a t r i xc o n v e r t e ro nt h er o t o re x c i t a t
14、i o nc u r r e n t a m p l i t u d e ,f r e q u e n c y ,p h a s ea n dp h a s es e q u e n c e ,d o u b l e f e dw i n dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m s q u i c k l ya n de f f e c t i v e l yf o l l o w e dt h eo p e r a t i o nc u r v eo fm a x i m u mp o w e rp o i n t , R e a l i z eV
15、S C F A l s ow h e nl o wv o l t a g ef i d et h r o u g h ( L V R T ) ,i n c r e a s eo v e rc u r r e n tp r o t e c t i o nd e v i c eC r o w b a r i nr o t o rs i d ec i r c u i t ,R e s u l t sp r o v et h a tt h i sc o n t r o lc a ne f f e c t i v ei m p r o v ew i t h s t a n dv o l t a g e
16、f l u c t u a t i o n s K e yw o r d s :V S C F ;w i n dp o w e rg e n e r a t i o n ;m a t r i xc o n v e r t e r ;d o u b l y f e di n d u c t i o ng e n e r a t o r ; v e c t o rc o n 仃o l I 、, 目录 目录 1 绪论l 1 1 课题背景1 1 2 双馈风力发电机控制技术1 1 3 双馈风力发电机励磁装置的发展现状2 1 3 1 双馈风力发电机励磁装置概述2 1 3 2 矩阵变换器及其在风电系统中的研
17、究现状4 1 4 本文的主要研究内容5 2双馈风力发电控制系统。7 2 1 转子侧变换器模型及其控制策略7 2 1 1 双馈电机的原理7 2 1 2 三相静止坐标系下D F I G 的数学模型8 2 1 3 两相旋转坐标系下D F I G 的数学模型l O 2 1 4 定子磁链定向矢量控制1 2 2 1 5 转子侧变换器控制模型建立1 5 2 1 6 仿真分析16 2 2 网侧变换器模型及其控制策略1 9 2 2 1 网侧变换器的数学模型。1 9 2 2 2 网侧变换器控制策略2l 2 2 3 网侧变换器控制模型2 3 2 2 4 仿真分析一2 4 2 3 风力机模型及其控制策略2 5 2 3
18、 1 风力机的运行特性一2 6 2 3 2 最大风能捕获原理2 7 2 3 3 风力机的模型建立2 8 2 3 4 仿真分析2 9 2 4 本章小结3 0 3双级矩阵变换器31 3 1 双级矩阵变换器原理3 l 3 2 整流级无零矢量的双空间矢量调制策略3 2 3 2 1 整流级无零矢量空间矢量调制策略3 2 3 2 2 逆变级空间矢量调制一3 4 3 2 3 两级矢量合成3 5 3 2 4 仿真分析3 6 3 3 定子磁链定向矢量控制3 7 3 3 1 整流级简化空间矢量调制算法5 1 3 3 2 逆变级简化空间矢量调制算法5 4 3 3 3 扇区的简化判断5 7 3 3 4 仿真分析5 7
19、 3 4 本章小结。4 2 4双馈风力系统低电压穿越技术4 3 4 1 低电压穿越技术及其实现方法4 3 西安理- 丁大学硕士学位论文 4 2C r o w b a r 方法的实现4 5 4 2 1C r o w b a r 的控制原理4 5 4 2 2 仿真模型建立。4 5 4 2 3 仿真分析一4 6 4 3 本章小结4 9 5 双馈风力发电机系统仿真研究一5 l 5 1 双馈风力发电机系统建模5 l 5 2 不同风力条件下系统的运动仿真5 1 5 2 1 输入渐变风时系统运行仿真51 5 2 2 输入阵风时系统运行仿真5 4 5 2 3 输入随机风时系统运行仿真5 7 5 3 本章小结一
20、:5 9 6总结与展望6 l j 改谢6 :! 参考文献6 3 附录( 攻读硕士学位期问发表的论文) 6 7 2 绪论 1 绪论 1 1 课题背景 面对急剧膨胀的能源需求和日益严重的环境污染,其中最有效的解决方法就是寻求替 代的可再生能源。风能作为世界上发展速度最快的可再生能源,在调整能源结构和减少环 境污染等方面起到了积极作用。在风能利用中,风力发电近年来已经得到了各国政府和学 者的广泛关注和重视。风能世界杂志预测:到2 0 2 0 年风能将成为世界最重要的能源力 量。 我国经济持续快速发展,对能源和电力的需求也在逐步增长。结合我国的实际情况, 大规模发展风力发电,才有可能满足我国对能源和电
21、力的需求。近两年,我国风电场建设 取得了显著成效。权威数据统计显示,2 0 0 7 年风电场装机容量新增3 3 0 0 M W ,超过以前2 0 多年的累计装机容量,是2 0 0 6 年新增装机容量的2 倍多,达到5 9 0 0 M W :2 0 1 0 年也达到了 1 4 0 0 0 1 5 0 0 0 M W ,预计到2 0 2 0 年风电累计装机可达8 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 M W ,甚至可能突破 1 2 0 0 0 0 M W ,约达到当时发电总装机容量的1 0 ,是继火电、水电之外的第三大电力供应来 源2 1 。 虽然我国风电产业发展迅速,但是目前我国风电发展面临一
22、系列问题,国产风电机组 装备水平有待提高,增加我国自主生产和使用机组在国内所占的份额;风电产业核心技术 的研发和创新等,因此实现风电机组国产化和研发风电核心技术已成为我国学者关注的热 点。 1 2 双馈风力发电机控制技术 目前世界上主流的风力发电技术可分为恒速恒频和变速恒频3 1 1 4 1 。 由于恒速恒频具有结构简单、技术成熟可靠等优点,所以其应用广泛。但也有很明显 的缺点“: 1 ) 风速的变化不引起风力机转速的变化,则其不能实现最大风能捕获; 2 ) 当风速突变时,为了保证机械转矩的恒定,而增大了风力机的磨损; 3 ) 并网时可能产生较大的冲击电流。 基于上述缺点,变速恒频风力发电技术
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- 关 键 词:
- 风力发电机 矩阵 式励磁 调节器 及其 控制 策略
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