本文關(guān)鍵詞：液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越控制研究

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【摘要】：隨著風力機大型化進程的推進,風力發(fā)電在電網(wǎng)中所占的比重逐漸增加。為確保大規(guī)模風電接入電網(wǎng)后電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性與可靠性,世界各國都相繼對風電場/風電機組并網(wǎng)技術(shù)提出了嚴格的規(guī)范。其中,低電壓穿越是風電機組穩(wěn)定運行的最大挑戰(zhàn),也是當前風電場接入電網(wǎng)后亟待解決的重要難題。本文以液壓型風力發(fā)電機組為研究對象,該機組通過定量泵-變量馬達閉式液壓系統(tǒng)實現(xiàn)風力機到發(fā)電機之間的功率傳輸,減小了機艙重量,提高了發(fā)電質(zhì)量,降低了對電網(wǎng)的沖擊。與傳統(tǒng)風力發(fā)電機組一樣,液壓型風力發(fā)電機組同樣需要具備低電壓穿越能力。本文針對液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越控制方法展開研究,利用機理建模的方法建立風力機模型、液壓傳動模型、同步發(fā)電機模型和勵磁系統(tǒng)模型�？紤]機組發(fā)電機負載特性與風力機的能量捕獲輸入,研究機組的狀態(tài)空間模型,并建立機組耦合數(shù)學模型。以機組液壓傳輸系統(tǒng)為研究對象,研究系統(tǒng)非線性,探索系統(tǒng)能量傳遞與耗散機理,分析系統(tǒng)耦合特性,確定線性化與解耦方法。提出通過比例節(jié)流閥開度和變量馬達擺角控制液壓系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)速的低電壓穿越控制方法。分別基于動態(tài)面控制和能量耗散規(guī)律對變量馬達擺角和比例節(jié)流閥開度控制律進行推導分析,擬實現(xiàn)機組低電壓穿越過程中傳輸功率的快速調(diào)整,同時保證發(fā)電機穩(wěn)定工作于工頻轉(zhuǎn)速,保持并網(wǎng)運行。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分別對三相電壓等幅跌落、兩相對地短路故障和單相對地短路故障進行低電壓運行仿真分析,得到機組在不同電網(wǎng)故障下的瞬態(tài)響應(yīng)參數(shù)及運行特性。以機組低電壓運行特性為基礎(chǔ)進行仿真分析,對所提出的控制方法進行仿真驗證。最后,以燕山大學24kW半物理模擬實驗平臺為基礎(chǔ),配合電網(wǎng)模擬器模擬低電壓穿越的故障形式,對液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越進行實驗研究。實驗分析電網(wǎng)模擬器的模擬特性,并驗證液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越控制方法的可行性。
【關(guān)鍵詞】：風力發(fā)電 液壓傳動 低電壓穿越 解耦控制 動態(tài)面控制 能量耗散 非線性
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 課題背景12-17
• 1.1.1 國內(nèi)外風電發(fā)展概況12-14
• 1.1.2 風電接入對電網(wǎng)的影響14-15
• 1.1.3 低電壓穿越及其關(guān)鍵問題分析15-16
• 1.1.4 電網(wǎng)故障及分析16-17
• 1.2 低電壓穿越技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.1 傳統(tǒng)機型低電壓穿越技術(shù)17-19
• 1.2.2 液壓型機組低電壓穿越技術(shù)19
• 1.3 液壓型風力發(fā)電機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀19-24
• 1.3.1 液壓型風力發(fā)電機組國外發(fā)展現(xiàn)狀19-22
• 1.3.2 液壓型風力發(fā)電機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀22-24
• 1.4 課題來源及研究意義24-25
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容25-26
• 第2章 液壓型風力發(fā)電機組工作原理及數(shù)學模型分析26-48
• 2.1 液壓型風力發(fā)電機組工作原理26-27
• 2.2 風力機數(shù)學模型27-28
• 2.3 液壓傳動系統(tǒng)數(shù)學模型28-33
• 2.3.1 定量泵數(shù)學模型28-29
• 2.3.2 比例節(jié)流閥數(shù)學模型29
• 2.3.3 變量馬達數(shù)學模型29-30
• 2.3.4 液壓管路數(shù)學模型30-31
• 2.3.5 液壓系統(tǒng)輸出數(shù)學模型31
• 2.3.6 液壓傳動系統(tǒng)狀態(tài)空間模型31-33
• 2.4 勵磁同步發(fā)電機數(shù)學模型33-39
• 2.4.1 理想同步發(fā)電機34-35
• 2.4.2 abc三相自然坐標系下的同步發(fā)電機方程35-36
• 2.4.3 dq0坐標系下的同步發(fā)電機方程36-37
• 2.4.4 同步發(fā)電機并網(wǎng)運行基本方程37-39
• 2.5 勵磁系統(tǒng)數(shù)學模型39-44
• 2.5.1 勵磁系統(tǒng)對同步發(fā)電機端電壓影響特性分析40-41
• 2.5.2 勵磁系統(tǒng)對同步發(fā)電機無功功率影響特性分析41
• 2.5.3 勵磁系統(tǒng)數(shù)學模型41-44
• 2.6 同步發(fā)電機特性模型分析44-45
• 2.7 機組耦合模型分析45-47
• 2.8 本章小結(jié)47-48
• 第3章 液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越控制方法48-65
• 3.1 液壓傳輸系統(tǒng)線性化分析48-50
• 3.2 液壓系統(tǒng)能量傳輸特性分析50-53
• 3.2.1 液壓系統(tǒng)能量傳遞模型50-51
• 3.2.2 液壓系統(tǒng)能耗分析51-53
• 3.3 液壓系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速耦合分析53-54
• 3.4 液壓傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速解耦算法54-58
• 3.4.1 系統(tǒng)相對增益及耦合性分析55-57
• 3.4.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計57-58
• 3.5 低電壓穿越控制方法分析58-64
• 3.5.1 基于能量耗散的比例節(jié)流閥控制律規(guī)劃59-61
• 3.5.2 基于動態(tài)面控制的變量馬達擺角控制律規(guī)劃61-64
• 3.6 本章小結(jié)64-65
• 第4章 液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越仿真分析65-88
• 4.1 仿真平臺65-67
• 4.2 液壓傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速耦合特性仿真分析67-69
• 4.3 電網(wǎng)故障下液壓型機組運行特性仿真分析69-78
• 4.3.1 三相電壓對稱跌落運行仿真分析70-72
• 4.3.2 兩相電壓接地跌落運行仿真分析72-75
• 4.3.3 單相電壓接地跌落運行仿真分析75-78
• 4.4 液壓型機組低電壓穿越仿真分析78-87
• 4.4.1 三相電壓對稱跌落低電壓穿越仿真分析80-81
• 4.4.2 兩相電壓接地跌落低電壓穿越仿真分析81-84
• 4.4.3 單相電壓接地跌落低電壓穿越仿真分析84-87
• 4.5 本章小結(jié)87-88
• 第5章 液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越實驗研究88-101
• 5.1 液壓型風力發(fā)電機組實驗平臺概述88-93
• 5.1.1 風力機模擬系統(tǒng)89-90
• 5.1.2 液壓傳輸系統(tǒng)90
• 5.1.3 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)90-92
• 5.1.4 控制與采集系統(tǒng)92-93
• 5.2 電網(wǎng)模擬實驗研究93-96
• 5.2.1 正常電網(wǎng)模擬實驗94-95
• 5.2.2 低電壓工況模擬實驗95-96
• 5.3 低電壓穿越實驗研究96-100
• 5.4 本章小結(jié)100-101
• 結(jié)論101-103
• 參考文獻103-108
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果108-111
• 致謝111

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