双馈风电场并网谐波控制方法研究

作     者：邢琛 

作者单位：新疆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张新燕

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：双馈风电场 网侧变流器 静止同步补偿器 VPI控制器 PIR控制器 重复控制器 谐波控制 

摘      要：发电产业中风力发电占有的比例不断提高,而双馈风电场在风力发电系统中占有很大比重,在并网过程中不可避免会产生各次谐波影响电能输出质量。风力发电场输出电能质量对电网稳定性的影响引起了专家、学者们的广泛关注。新疆风能资源充足但却存在复杂的环境因素,存在于野外的风电场在这些条件下极易产生谐波,一般双馈风力发电机组（doubly-fed induction generator,DFIG）设置大量非线性电力电子元件,产生的谐波会加大电网治理难度。提高双馈风电场控制谐波的能力对双馈风电场并网的研究有着重要意义。针对双馈风电场并网谐波的污染问题,本文分别对双馈风电机组侧,双馈风电场侧的谐波控制方法展开研究。提高双馈风电场输出电能质量,减少对电网的谐波污染。具体研究内容如下:（1）在正常电网电压的条件下,对双馈风力发电机的工作原理进行了分析,建立了双馈风力发电机网侧变流器的数学模型和基于电网电压定向的矢量控制方法。在此基础上对风电并网条件下的谐波进行分析研究。（2）针对双馈风电机组侧的谐波污染问题,提出采用重复控制理论来设计网侧变流器。分析网侧变流器控制方法的实现,阐述了滞环电流控制方法,对重复控制器的参数进行了设计,之后同传统双闭环控制系统进行比较,对重复控制器建立了数学模型,采用仿真的方法对比验证了重复控制理论明显优于传统PI控制,可以有效削弱双馈风电机组侧的谐波污染。（3）针对双馈风电场侧的谐波污染问题,提出将具有谐振控制功能的链式STATCOM应用于双馈风电场中。对链式STATCOM内部谐振控制器的控制特性进行改进,提出了一种具有低次谐波控制作用的PIR-VPI混合控制方法。研究了该混合控制方法的工作原理,并建立数学模型,对该混合控制的参数进行设计。通过仿真的方法在MATLAB中进行验证。理论分析和仿真结果验证了此方案应用于双馈风电场侧谐波控制的有效性。