發(fā)布時間：2017-08-18 09:54

  本文關(guān)鍵詞：基于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直流并網(wǎng)拓撲與控制策略研究

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【摘要】：隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大及輸電距離的不斷上升,高壓直流輸電方式成為風(fēng)電場遠距離輸電的首選形式�；陔p饋感應(yīng)電機(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的風(fēng)電機組由于功率可控性強、變流器容量低等優(yōu)點,成為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的主流機型,因此其直流并網(wǎng)系統(tǒng)也得到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)不改變風(fēng)機原有的接線方式和控制策略,雖然實現(xiàn)簡便,卻存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量傳遞效率低、風(fēng)機運行可靠性差等缺點。而在控制策略方面,傳統(tǒng)的DFIG風(fēng)電機組并網(wǎng)控制研究多依托交流大電網(wǎng)的存在,并不能滿足風(fēng)電機組在直流輸電系統(tǒng)中的運行需要。本文以此為背景,研究了一種基于DFIG風(fēng)電機組的新型直流并網(wǎng)拓撲及相應(yīng)的控制策略,并從理論分析、系統(tǒng)建模、仿真驗證和實驗驗證多個方面展開研究。 首先,本文介紹了基于DFIG風(fēng)電機組的新型直流并網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu),并將其與傳統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)進行對比。改進的直流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)直接利用DFIG的定子側(cè)變流器(Stator Side Converter, SSC)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(Rtator Side Converter, RSC)向直流母線輸送電能,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本少、能量傳遞效率高等優(yōu)點。同時,該拓撲下DFIG的定子頻率可以靈活改變,從而能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機全速范圍內(nèi)的發(fā)電和定轉(zhuǎn)子功率分配兩種優(yōu)化的運行模式。 隨后,通過對新型拓撲下的DFIG進行建模分析,在氣隙磁鏈定向的基礎(chǔ)上,研究了一種基于功率-電流雙閉環(huán)控制的變流器控制策略,該控制策略中RSC用于確保DFIG生成穩(wěn)定的三相正弦氣隙電勢,SSC用于實現(xiàn)風(fēng)機有功、無功功率的解耦。通過Matlab/Simulink仿真分析及1.6kW樣機實驗,驗證了不同工況和運行模式下該控制算法的有效性。 其次,針對上述控制策略控制層次多且算法集成度低的不足,研究了一種改進的基于轉(zhuǎn)矩指令的SSC和RSC協(xié)同控制策略。該算法直接通過DFIG的氣隙磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的指令計算DFIG電流參考值,采用電流單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),具有更好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)速度,并且能使DFIG更加靈活的工作在全速范圍發(fā)電和定轉(zhuǎn)子功率分配兩種運行模式下。通過Matlab/Simulink仿真分析及1.6kW樣機實驗,驗證了該控制算法的有效性。 最后,研究了一種基于精簡矩陣變換器(Reduced Matrix Converter, RMC)的DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法。該拓撲使用電壓源型RMC換流器代替上述新型直流并網(wǎng)系統(tǒng)所用的普通兩電平VSC換流器,采用雙極性電壓空間矢量調(diào)制策略實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。改進后的拓撲在重量和體積上都實現(xiàn)了高度的集成化和精簡化,極大的降低了系統(tǒng)的成本。最后,利用Matlab/Simulink平臺建立仿真模型,驗證了上述拓撲的可行性。
【關(guān)鍵詞】：雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機 高壓直流輸電 氣隙磁鏈定向 精簡矩陣變換器 全速范圍發(fā)電 功率分配運行
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 致謝4-6
• 前言6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 目錄11-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 研究背景13
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述13-19
• 1.2.1 風(fēng)資源概述13-14
• 1.2.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀14-16
• 1.1.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類16-18
• 1.1.4 傳統(tǒng)風(fēng)力并網(wǎng)模式的困境18-19
• 1.3 高壓直流輸電技術(shù)(HVDC)19-21
• 1.3.1 傳統(tǒng)HVDC技術(shù)概述19-20
• 1.3.2 VSC-HVDC技術(shù)20-21
• 1.4 DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5 大功率高變比DC/DC變換器的應(yīng)用22-24
• 1.6 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排24-25
• 參考文獻25-31
• 第二章 面向直流輸電的DFIG改進并網(wǎng)拓撲及建模分析31-59
• 2.0 引言31
• 2.1 改進拓撲簡介31-34
• 2.2 DFIG最大風(fēng)能跟蹤控制34-37
• 2.2.1 DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行區(qū)域34-36
• 2.2.2 DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能跟蹤36-37
• 2.3 DFIG氣隙磁鏈定向及基于功率-電流雙閉環(huán)控制策略37-46
• 2.3.1 DFIG控制策略概述37-38
• 2.3.2 RSC建模分析38-42
• 2.3.3 SSC建模分析42-44
• 2.3.4 全速范圍DFIG控制策略44-46
• 2.4 仿真結(jié)果46-51
• 2.5 實驗結(jié)果51-57
• 2.6 本章小結(jié)57-58
• 參考文獻58-59
• 第三章 基于轉(zhuǎn)矩指令的SSC和RSC協(xié)同控制策略59-77
• 3.1 引言59
• 3.2 DFIG建模分析59-65
• 3.2.1 DFIG數(shù)學(xué)模型及電流給定計算59-61
• 3.2.2 RSC控制方法61-62
• 3.2.3 SSC控制方法62-63
• 3.2.4 定轉(zhuǎn)子功率分配模式63-65
• 3.3 仿真結(jié)果65-71
• 3.4 實驗結(jié)果71-76
• 3.5 本章小結(jié)76-77
• 第四章 基于精簡矩陣變換器的DFIG直流輸電系統(tǒng)77-95
• 4.1 引言77-78
• 4.2 RMC換流器及其雙極性調(diào)制策略78-83
• 4.2.1 RMC換流器拓撲結(jié)構(gòu)78-80
• 4.2.2 電壓源型RMC換流器的雙極性空間矢量控制策略80-83
• 4.3 基于RMC換流器的DFIG直流并網(wǎng)拓撲及控制策略83-86
• 4.3.1 并網(wǎng)拓撲概述83
• 4.3.2 基于功率-電流雙閉環(huán)的控制算法應(yīng)用83-85
• 4.3.3 基于轉(zhuǎn)矩指令的SSC和RSC協(xié)同控制策略應(yīng)用85-86
• 4.4 仿真結(jié)果86-92
• 4.4.1 基于功率-電流雙閉環(huán)控制策略的仿真結(jié)果88-90
• 4.4.2 基于轉(zhuǎn)矩指令的SSC和RSC協(xié)同控制策略的仿真結(jié)果90-92
• 4.5 本章小結(jié)92
• 參考文獻92-95
• 第五章 總結(jié)與展望95-99
• 5.1 本文研究工作總結(jié)95-96
• 5.2 后續(xù)工作展望96-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表文章99

【參考文獻】

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本文編號：693917