直驱型永磁同步风电系统的控制策略研究

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直驱型永磁同步风电系统具有无齿轮箱、故障率低、效率高以及可靠性高等特点在现代风力发电系统中占据着重要地位，而系统的控制策略将会对系统发电与并网产生直接的影响。本文主要围绕直驱型永磁同步风电系统中并网点电压调节问题与低电压穿越问题进行了研究，主要内容有：
　　首先，介绍了风力发电的研究背景与意义，对现代风力发电系统中的主要风机类型进行了简要分析，对直驱型风电系统的控制策略国内外研究现状进行了简单介绍。
　　第二，对直驱型永磁风力发电系统的结构、原理以及特性进行了分析，列举了双PWM功率变换器以及不控整流变换器两种变流器的结构，进行了对比分析，并给出了两种变换器电路的优缺点。对直驱型永磁同步风力发电系统中的运行控制系统进行了简要介绍。
　　第三，对风力涡轮机、永磁同步电机、功率变换器的工作原理进行了说明。运用了空间矢量的方法建立了功率变换器与同步电机的数学模型，对Clarke、dq、以及abc-dq三种形式的坐标变换进行了分析。对网侧变换器可在四象限运行的原理进行了简单分析，并给出了交流电压电流向量图。
　　第四，电网准则要求风力发电机组应该具有并网点电压调节能力。基于这一问题，本文提出了直驱永磁同步风力发电系统无功功率支撑策略。分析了网侧和机侧变换器的控制原理，给出了系统控制框图。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了1.5MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型，分别对电网正常和电网故障情况进行了仿真研究。实验结果表明所提出的无功功率支撑策略在直流母线电压稳定的基础上能够提升公共耦合点电压。当风电场中多台风电机组采用该方法时，能够帮助PCC电压恢复至正常范围。
　　最后，电网准则要求当电网发生故障或扰动造成并网点电压深度跌落时，风电机组应具有低电压穿越能力。基于这一问题，本文提出了含超级电容储能装置的直驱永磁同步风电机组的低电压穿越控制策略。分别对机侧变换器，网侧变换器，以及储能装置进行了控制策略的设计。并给出了系统控制框图。在 Matlab/Simulink仿真平台搭建了1.5MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型，并且与传统控制策略以及带有Crowbar电路的控制策略进行了对比分析，仿真结果表明了所提控制策略的有效性。

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作者
杨骏华;
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作者单位

西华大学;

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授予单位西华大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名陈永强,杨可;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类风能发电;
关键词
永磁同步风电系统; 并网点; 电压调节; 低电压穿越; 运行控制;

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