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2014年《电气传动》总索引

电气传动 2014年第12期 93-96页

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风电—储能联合系统的并网研究

风电—储能联合系统的并网研究

作者：谭宇阳华北电力大学

学位级别：硕士

随着近年电力系统中大规模风力发电系统的接入并网,其功率波动所带来的稳定性问题不容忽视,而配备大规模储能系统可以良好的解决这一问题,因此对风电储能联合系统的研究成为热点。本文就主流的风力发电技术和储能技术进行了详细分析,同... 详细信息

随着近年电力系统中大规模风力发电系统的接入并网,其功率波动所带来的稳定性问题不容忽视,而配备大规模储能系统可以良好的解决这一问题,因此对风电储能联合系统的研究成为热点。本文就主流的风力发电技术和储能技术进行了详细分析,同时建模仿真了两者联合并网的运行特性。本文的理论部分主要分为三大块：首先,本文在研究双馈风机数学模型的基础上,进一步推导分析了风机的功率特性,且根据理论模型设计了系统中网侧变流器和机侧变流器的控制策略,解释了功率解耦控制的原理,而后在介绍风力机的运行特性时表述了最大风能追踪技术的原理,完成了双馈风力发电系统的模型。其次,本文对锂电池的实际充放电特性和参数进行了深入剖析,搭建了具有实时动态性能的电池模型,同时设计了恒功率充放电的变流器控制策略,阐述了锁相环的作用,实现了锂电池储能系统的构架。最后,本文探讨了风电储能联合系统并网运行的协调控制问题,根据工程实践经验设计了储能系统容量配置及其运行模式。本文利用Matlab/Simulink仿真工具分别搭建了双馈风力发电系统并网模型、锂电池储能并网模型以及风电储能联合系统并网模型,通过仿真模拟验证了控制策略的有效性和模型的正确性,同时仿真结果也能说明该储能系统平滑风功率输出曲线的效果显著。

关键词：双馈风力发电锂电池储能风电储能联合系统并网运行

基于“DSP+FPGA”的通用型风电变流控制系统开发

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基于“DSP+FPGA”的通用型风电变流控制系统开发

作者：王小明华北电力大学

学位级别：硕士

随着环境和能源问题日益突出,风能作为技术最成熟、发展最快的绿色可再生能源,受到了世界各国的重视,风力发电并网技术成为重要的研究方向。本文以双馈风力发电机组为研究对象,针对变速恒频风力发电系统控制策略与仿真、风力发电实验平... 详细信息

随着环境和能源问题日益突出,风能作为技术最成熟、发展最快的绿色可再生能源,受到了世界各国的重视,风力发电并网技术成为重要的研究方向。本文以双馈风力发电机组为研究对象,针对变速恒频风力发电系统控制策略与仿真、风力发电实验平台开发两个方面展开研究。本文建立了双馈风力发电机静止坐标系下数学模型,推导了在两相坐标下的数学模型,应用矢量控制方法,对转子侧和网侧变换器的控制策略进行了分析和介绍,并在Matlab/Simulink仿真平台中搭建了完整的双馈风力发电机组仿真模型,实现了并网、功率解耦和最大功率点追踪仿真运行。作为本文的工作重点,自主开发了基于“DSP+FPGA"的通用型风电变流控制系统,简述了"DSP+FPGA”的双核设计方案在不同的控制对象下的工作模式划分。并以双馈风力发电机组为对象,对控制系统设计进行详细介绍,主要包括控制系统硬件设计和控制系统软件开发。系统硬件设计包括硬件原理图设计、器件选型、版图设计、焊接调试和抗干扰措施设计等。硬件电路包括：核心控制电路、模拟信号输入通道、数字信号IO电路、故障保护电路、控制电源电路等。系统软件开发包括DSP控制程序开发和FPGA的程序开发,并将软件程序进行模块化功能划分。DSP控制程序主要有机侧变流器控制程序、网侧变流器控制程序、串行通信程序及其故障保护程序等;FPGA程序包括接口模块、A/D采样模块、PWM信号生成模块和故障保护模块,并对软件系统进行了仿真验证。通过硬件与软件相结合,实现了双馈风力发电控制平台良好运行。验证了本文提出的控制策略正确性以及控制系统中硬、软件设计的合理性,为进一步的研究打下了基础。

关键词：双馈风力发电变流控制 DSP FPGA

基于直流微网的新型双馈发电系统及其功率控制

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基于直流微网的新型双馈发电系统及其功率控制

作者：邢凯杰燕山大学

学位级别：硕士

随着环境的污染和化石能源的短缺,人们越来越重视可再生能源的利用,而风能以其丰富的储量、成熟的技术越来越受到各国的青睐。双馈系统因为其灵活的控制,低廉的成本,成为了风力发电的主流机型,而直流微网以及直流输电技术具有良好的发... 详细信息

随着环境的污染和化石能源的短缺,人们越来越重视可再生能源的利用,而风能以其丰富的储量、成熟的技术越来越受到各国的青睐。双馈系统因为其灵活的控制,低廉的成本,成为了风力发电的主流机型,而直流微网以及直流输电技术具有良好的发展前景,发展和推广直流微网已经成为大势所趋。所以针对直流并网的双馈系统受到了越来越多的专家和学者的关注。目前针对双馈发电系统的直流并网的研究还处于起步阶段,若要继续应用传统双馈风力发电系统的并网技术,就必须增加变换器,这样大大增加了系统的成本,同时也降低了能源利用率,本文主要研究针对直流微电网的一种新型双馈拓扑结构。该拓扑结构定子侧直接通过不控整流桥与直流母线相连,转子侧通过PWM变换器与定子侧共用一条直流母线,因为与传统双馈电机的区别主要集中在定子侧,所以对定子侧系统进行了建模分析,详细分析了当定子侧为不控整流桥时定子侧的电压电流、功率、谐波等方面的特性,并结合转子侧特性综合分析了系统的整体特性。最后为了提高新系统的能量传递效率,降低能量损耗,详细研究了系统的损耗模型,通过对系统的损耗求导,得到其最小值,并描绘出了最优的转子电流dq分量比例关系,同时使用MATLAB仿真,验证了以上理论分析的正确性。其次本文在详细的模型分析基础上,提出了两种基于气隙磁链定向的矢量控制方法。与传统的磁链定向目的不同,在本系统中气隙磁链定向的目的是保证转子侧励磁产生均匀的气隙磁场。针对气隙磁链定向下的系统,本文研究了转子电流环的调节器设计,并计算得出了其前馈补偿项,通过引入该补偿项,不仅能够实现转子电流dq两轴的解耦,又可以优化定子侧开路时系统的性能。由于定子侧不控整流器的影响,使系统中含有大量的谐波,针对系统中含有的谐波分量,通过引入PIR电流控制器,使转子电流能更好的跟随给定,从而有效抑制了有功功率波动。最后利用MATLAB搭建了系统的仿真平台,并通过仿真对比分析验证了气隙磁链定向的控制策略的可行性,以及利用最佳比例降低系统损耗的正确性。并搭建了以11KW双馈风力发电模拟平台为基础的新系统实验平台,采用以DSP2812为核心的控制电路,通过实验验证了上述控制策略能够有效的控制系统输出功率。

关键词：双馈风力发电直流微网功率控制不控整流矢量控制

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风力机特性分析和模拟装置开发

风力机特性分析和模拟装置开发

作者：姜鑫浙江大学

学位级别：硕士

研究风力发电技术,最理想的方法是到现场做实验,但是会受自然环境等条件的限制。因此在前期的研究中需要在实验室搭建风力机的模拟装置。本文首先介绍了风力机的种类和特点,然后从风能利用系数出发对风力机的功率和转矩特性进行了介绍... 详细信息

研究风力发电技术,最理想的方法是到现场做实验,但是会受自然环境等条件的限制。因此在前期的研究中需要在实验室搭建风力机的模拟装置。本文首先介绍了风力机的种类和特点,然后从风能利用系数出发对风力机的功率和转矩特性进行了介绍。通过比较两种风力机模拟装置实现方式的优缺点,确定了采用读转速给定转矩的方式,并且介绍了用公式计算风能利用系数和功率转矩特性的方法。从模拟风力机系统动态特性的角度出发,分析并设计了一种基于刚性传动模型的惯量模拟算法。通过使用计算机、变频器和异步电机搭建了风力机模拟装置。使用VisualC++编写计算机软件,实现风力机系统的转矩指令计算、大惯量模拟计算和负载转矩估计、人机交互和串口通信等功能。最后通过恒定子功率和恒转速负载下的动静态实验测试,对不同的条件下实验结果进行分析,验证了风力机模拟装置的可行性和有效性。

关键词：风力机系统模拟装置转动惯量双馈风力发电

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变结构准Z源双馈强励变换器及其控制研究

变结构准Z源双馈强励变换器及其控制研究

作者：袁诚中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

我国风力发电产业发展迅猛,拥有广阔的发展前景。然而随着风电装机容量的增加,电网安全性和稳定性面临较大的挑战,我国并网导则要求接入电网运行的风电机组应具备低电压穿越与动态无功支撑能力。但双馈风力发电系统由于深度故障穿越、... 详细信息

我国风力发电产业发展迅猛,拥有广阔的发展前景。然而随着风电装机容量的增加,电网安全性和稳定性面临较大的挑战,我国并网导则要求接入电网运行的风电机组应具备低电压穿越与动态无功支撑能力。但双馈风力发电系统由于深度故障穿越、动态无功支撑能力不足,成为制约其进一步发展的主要因素,也难以满足未来高比例可再生能源电力系统需求。针对这一问题,本文建立双馈电机数学模型,研究了传统背靠背形式励磁变换器的基本原理、控制方式,研究了双馈电机电网电压、定子磁链前馈控制方法,能够在变流器可控范围内减小电网电压、定子磁链扰动造成的转子电流畸变。故障穿越方面,发现双馈电机在电网故障期间巨大的转子感应电动势与转子侧变换器电容型直流母线电压不能在故障瞬间迅速升高是双馈电机故障穿越的最大瓶颈。为了量化故障期间转子感应电动势大小,本文分析了双馈电机在电压跌落过程中的电磁过程,提出了一种新型感应电动势最大值的分析方法,借助椭圆曲线,综合考虑转子感应电动势中正序、负序、以及暂态直流分量相位关系,分析转子感应电动势在电网故障类型、故障深度、故障时间、电机转差率等不同影响因素下的特征以及各因素对故障后感应电动势的影响,计算出故障后感应电动势最大值以及最大值出现条件与出现时刻,得到了电网深度故障下双馈风力发电系统最严重故障状态,为强励系统的设计提供参考。以保证双馈风力发电机在电网故障时变流器始终可控为目标,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种新型基于变结构准Z源的双馈风电系统强励变换器。将传统的电容型母线替换为可变结构的准Z源网络,当电网深度故障时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保持转子侧变换器在故障期间始终可控。同时对新型变换器的工作原理、升压特性、调制与控制策略、损耗进行了全面研究。最后,通过实验验证了对于感应电动势分析的准确性,以及基于变结构准Z源双馈强励变换器良好的稳态运行、深度故障穿越、动态无功支撑特性,并与传统励磁变换器进行了对比分析。

关键词：双馈风力发电故障穿越暂态分析变结构准Z源强励变换器

VSC-HVDC风电系统并网换流站控制策略设计与仿真

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VSC-HVDC风电系统并网换流站控制策略设计与仿真

作者：孔凡蓬湖南大学

学位级别：硕士

随着能源危机和环境污染问题的日益加剧,开发和利用风能已成为世界范围内讨论的焦点。风力发电作为风能开发的主要形式,世界各国针对其开展了大量的研究工作,并取得了突破性的发展。目前基于VSC-HVDC联网的风电场直流并网拓扑结构以其... 详细信息

随着能源危机和环境污染问题的日益加剧,开发和利用风能已成为世界范围内讨论的焦点。风力发电作为风能开发的主要形式,世界各国针对其开展了大量的研究工作,并取得了突破性的发展。目前基于VSC-HVDC联网的风电场直流并网拓扑结构以其具有结构简单、传输容量大、可靠性高、谐波含量少、可实现有无功功率独立控制等优点吸引了国内外一大批学者对其进行研究。然而现如今国内外相关研究还不成熟。本文针对VSC-HVDC风电系统并网换流站相关控制技术进行分析研究,分别从VSC-HVDC系统基本原理与数学模型、应用于风电并网的VSC-HVDC并网换流站控制策略优化设计以及不平衡电网故障下VSC-HVDC风电系统并网换流站控制策略设计三个方面进行展开。首先,本文分析了 VSC-HVDC系统的运行原理,推导了 VSC-HVDC系统的数学模型,建立了 VSC-HVDC风电并网系统总体方案;之后针对应用于风电并网的VSC-HVDC系统,阐述了基于PI控制器的双闭环控制策略,在此基础上对并网换流站控制策略进行了优化设计,引入了 PR控制器,进而Matlab/Simulink仿真平台上以双馈风场为应用场景,建立了VSC-HVDC双馈风电系统仿真模型,针对并网换流站优化控制策略进行了仿真验证;然后推导了 VSC-HVDC在不对称电网下的数学模型,设计了正负序相序分离器,并通过对比分析PI控制和PR控制的优缺点,针对不对称电网下VSC-HVDC联网型模拟双馈风电系统设计了以抑制负序电流为控制目标的基于PR控制器的并网控制系统,并引入了直流能量泄放回路,最后在电网单相短路和两相接地短路故障两种工况下,利用Matlab/Simulink仿真工具对不对称电网故障下并网系统控制性能进行了仿真分析。通过以上仿真分析研究,验证了文中所提出的并网换流站控制方法以及设计的控制系统能够保证VSC-HVDC联网型双馈风电系统在多种工况下的可靠稳定运行。

关键词：双馈风力发电柔性直流输电并网换流站比例谐振控制

风电经柔直送出系统的主动支撑与故障穿越技术研究

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风电经柔直送出系统的主动支撑与故障穿越技术研究

作者：张钦智山东理工大学

学位级别：硕士

风电出力具有波动性、随机性、间歇性等特点,客观上需要可灵活调控的消纳系统与之相匹配。大规模的风电直接接入传统的交流电网存在着调频、调压以及低电压穿越等多种问题,而使得目前的交流电网对风电的消纳存在着问题。柔性直流输电(Vo... 详细信息

风电出力具有波动性、随机性、间歇性等特点,客观上需要可灵活调控的消纳系统与之相匹配。大规模的风电直接接入传统的交流电网存在着调频、调压以及低电压穿越等多种问题,而使得目前的交流电网对风电的消纳存在着问题。柔性直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)具有全控特性,不需要借助外部电源实施换相,非常适合风电场这种相对较弱的电源并网使用。但是风电场经VSC-HVDC送出系统仍然存在一定的技术挑战,对于风力发电系统来说,需具有较强的低电压穿越能力;对于整个系统来说,需解决交流电网故障时系统的故障穿越问题。所以,本文开展对风电并网系统的主动支撑能力与故障穿越能力研究,对整个系统的安全性及稳定性有着重要的意义。首先,以双馈风力发电机作为研究对象,建立了旋转坐标系下数学模型及机网侧变换器数学模型。建立了VSC-HVDC系统数学模型,设计了外环和内环控制策略。仿真分析表明:在风电场并网点电压跌落时,风电场应具备低电压穿越能力,同时应对电网提供电压支撑;在系统电网交流侧故障时,必须采取控制方案来实现整个系统的故障穿越。为了实现风电机组的低电压穿越能力,提出了改进的Crowbar和Chopper控制方案,同时采用静止同步补偿器作为额外无功支撑设备,综合对网侧换流器控制进行改进,实现对电网提供电压支撑。仿真验证了该方案的有效性。最后,为了解决整体系统的故障穿越问题,提出了投入自调控耗能电阻电路与通过最大功率追踪降载法相结合的协调控制策略。在故障初期,投入自调控耗能子模块来抑制降载法因通讯延迟而引起的电压抬升过高;在最大功率追踪降载法投入运行后,可减少耗能子模块运行数量。仿真结果证明,在协调控制策略下,整个故障期间VSC-HVDC直流母线电压没有超过阈值,整个故障期间具有非常平稳的故障穿越效果,且相较于传统方法电压波动更小,系统成本较低。证明了该故障穿越协调控制策略的有效性。

关键词：双馈风力发电柔性直流输电电压支撑故障穿越协调控制

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双馈风电机组并网产生的次同步振荡研究

双馈风电机组并网产生的次同步振荡研究

作者：朱昕昱浙江大学

学位级别：硕士

随着我国风电的大规模开发和利用,远距离外送大容量的风电成为必然,同时,也不可避免的带来一些严重的问题。串联补偿电容技术能够提高线路输送容量,增强系统稳定性,被广泛地用于大规模远距离风电外送中。然而,风电机组在经串联补偿线路... 详细信息

随着我国风电的大规模开发和利用,远距离外送大容量的风电成为必然,同时,也不可避免的带来一些严重的问题。串联补偿电容技术能够提高线路输送容量,增强系统稳定性,被广泛地用于大规模远距离风电外送中。然而,风电机组在经串联补偿线路并入大电网时,会引起严重的次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)现象。本文首先阐述了次同步振荡的研究背景及研究意义、次同步振荡带来的危害、国内外研究现状,包括次同步振荡的产生机理、研究方法以及抑制次同步振荡的主要措施。分析比较了不同类型风力发电机的结构及引起次同步振荡的可能性,并基于IEEE第一标准模型,建立了双馈风力发电机经串联补偿线路并网的数学模型。其次,利用频率扫描法和时域仿真法,研究输电线路长度、线路串补度、风力发电机并网容量和台数、并网电压等级等因素对次同步振荡的影响,并从机理层面分析其原因。接着,把一个大型风电场等效为两个处于不同位置的子风电场,并用两台双馈风力发电机等效。分别建立两个子风电场和输电线路的阻抗模型,并利用奈奎斯特判据分析风速、串补度、变流器控制参数变化时,处于不同位置的风力发电机对次同步谐振的影响程度。最后,设计了下垂控制环节和电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)附加阻尼控制环节,在双馈风力发电机的逆变器中分别采用下垂控制策略和PSS附加阻尼控制策略,抑制次同步振荡作用,改善发电机输出功率波形。在MATLAB/SIMULINK平台上搭建模型进行仿真,验证了控制策略的有效性。

关键词：次同步振荡串联电容补偿双馈风力发电影响因素控制策略