含STATCOM直驱式风力发电系统电压稳定控制研究

作     者：唐东成 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张敏

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：永磁同步发电机 直驱式风电场 静止同步补偿器 粒子群算法 分数阶控制器 

摘      要：随着电力系统中风电成分逐年递增，大规模风电场并网对电网的影响越来越大。因此对大规模风电场接入电网的无功电压特性与控制的研究，是我国风电发展急需要解决的技术问题之一。本文建立了“直驱式风电场-无穷大系统仿真模型，重点研究了直驱式风电场无功电压的控制作用，以及包含静止同步补偿器（STATCOM）的风电场电压控制，并运用智能算法对STATCOM控制器参数进行整定和优化。论文主要工作有： 运用MATLAB/Simulink软件建立了直驱式永磁同步发电机仿真模型、风力机模型。风力机发电机机侧采用最大跟踪控制，主要实现方式是跟踪最佳转速比。对此进行了仿真研究，结果表明，风力发电机在不同风况下均能控制在最佳转速比，使得风力机具有最佳风能捕获系数。 在以上模型的基础上，根据风电场单机等值的方法，将10台2MW直驱式风力发电机组等值为一台20MW的发电机。等值风力发电机的电网侧采用恒电压的控制方式，对此控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明，该策略对暂态稳定性控制、抑制电压波动等情况是有效的。 当风电场无功不足，本文考虑接入STATCOM等无功补偿设备来控制电网无功电压。针对STATCOM的控制，本文采用分数阶PI控制器替换传统的PI控制器。由于分数阶控制器参数整定灵活性较大，整定困难，所以本文将混沌粒子群优化算法（CPSO）应用于控制器参数的整定。结果表明分数阶PI控制器可以有效改善控制性能，提高系统的鲁棒性。 最后，在前面的基础上构建了“包含STATCOM的风电场-无穷大系统仿真模型。该模型主要分别对对不同有功无功负荷情况下的稳态、暂态电压稳定性进行了仿真分析。结果表明在电网电压较低时，风电场要保持恒定电压需要大量无功支撑，而接入STATCOM后可以减少风电场的无功输出，也提高了该电力系统静态、暂态电压稳定性。