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一种适合低电压穿越的直驱式永磁风力机组控制策略

一种适合低电压穿越的直驱式永磁风力机组控制策略

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作者：易韵岚湖南大学

学位级别：硕士

能源短缺现在已经成为全球关注的重要问题,随着经济的发展和人口的增长,新能源的开发利用已经尤为重要。风能作为一种清洁能源,技术成熟,目前已经成为全球各国的研究重点。电网电压跌落故障会引起风电机组脱网,严重影响了电网系统的安... 详细信息

能源短缺现在已经成为全球关注的重要问题,随着经济的发展和人口的增长,新能源的开发利用已经尤为重要。风能作为一种清洁能源,技术成熟,目前已经成为全球各国的研究重点。电网电压跌落故障会引起风电机组脱网,严重影响了电网系统的安全稳定性,因此风电系统的低电压穿越研究成为了国内外的重点研究问题。本文以直驱式永磁风力发电机组为研究对象,在风电系统的常规型控制策略基础上,提出了一种适合风电系统低电压穿越的改进型控制策略。本文在介绍了风力发电技术的发展现状的基础上,介绍了风电系统低电压穿越的重要性以及在国内外的研究现状,对目前常用的几种低电压穿越方法做了简单介绍,研究了风能的特性和风力机的动力学特性。在此基础上,本文对直驱式永磁风力发电机、直流母线环节、背靠背全功率变流器建立了数学建模,为研究直驱式永磁风力发电系统的控制策略奠定基础。接着,本文对直驱式永磁风电系统的常规型控制策略和改进型控制策略分别进行了详细的分析,对两种控制策略的机侧变流器和网侧变流器控制做了具体的介绍和对比。改进型控制策略将发电机等效为电网,用机侧变流器来控制直流母线电压和发电机定子电压稳定,网侧变流器控制送入电网的有功功率和无功功率。此外,本文还对电网电压跌落和低电压穿越功能进行了介绍,并对比介绍了目前常用的几中低电压穿越方法。在电网跌落时,本文采用的改进型控制策略由机侧变流器保持直流母线电压稳定,能使系统快速恢复稳定,大大提高系统的稳定性和安全性。最后,为了验证直驱式永磁风力发电机组改进型控制策略的可行性和可靠性,以及其在低电压穿越功能上的应用,本文对直驱式永磁风电系统进行了 MATLAB仿真和实验研究,并对仿真、实验结果进行分析。改进型控制策略在电网电压正常运行时,风电系统响应速度快,动态性能好,母线电压超调量小,但是在系统达到稳态时直流母线电压有小幅波动,稳定性比常规控制策略低。在电网电压跌落时,相比常规型控制策略,改进型控制策略能较好的保持母线电压稳定,抑制2倍工频振荡,使母线电压和网侧电流快速恢复稳定,超调量小,能实现直驱永磁风电系统在电网跌落时的不脱网运行。仿真和实验结果都证明,本文采用的适合低电压穿越的直驱式永册风电机组改进型控制策略是可行的。

关键词： D-PMSG 双pwm变流器控制低电压穿越直流母线电压

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