永磁直驱式风力发电系统并网控制策略研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:allyev
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近年来,全球环境恶化和资源短缺的问题日益严重,新能源的开发变得越来越重要。已开发新能源中,风电以其显著的优势,在能源结构中占有重大比例。并网规模与日俱增,其严重影响已引起广泛关注。永磁直驱式风力发电系统的有功无功功率可独立调节,且转速低、效率高,这些优势使其在在未来的风电系统中具有强大的竞争力。本课题围绕永磁直驱式风电系统并网控制策略,研究其相关技术。对系统的发电机和电网侧分别设计控制系统,对网侧引入滑模控制,提高风电系统的控制水平。接着对电网故障情况下的低电压穿越技术进行相关研究,实现该系统在电网故障条件下的安全稳定运行,验证并网控制策略的合理性。首先,确定该系统总体及相应变流器拓扑结构;并建立风力机及发电机相应数学及仿真模型,给出了变流器数学模型,确定本系统整机控制方案。其次,对机侧控制系统的实现方式进行研究,对机侧采取最优叶尖速比法实现最大功率追踪的功能,对电机模型做仿真分析;接着对空间矢量脉宽调制技术的工作原理进行研究,基于此,提出了机侧变流器控制策略,为后续的研究提供了理论依据和仿真平台。再次,对网侧控制系统实现方式进行研究,对其采取电网电压定向矢量控制,采用双闭环PI控制方式,设计了锁相环,并对网侧母线电容和滤波电感进行选取;以此为基础,设计滑模控制器;分别对电网侧系统的双闭环PI并网控制和滑模并网控制进行仿真,验证了系统滑模并网控制效果更佳。接着,对该系统并网故障情况下的低电压穿越技术做深入研究,主要研究了三相对称电网故障下低电压穿越控制策略。设计了直流侧Crowbar保护电路及网侧无功补偿策略,并分析了其逻辑实现方式。最后,在MATLAB/Simulink工具箱中对所设计的并网控制策略模型进行仿真研究,分别验证了在电网正常及对称电网故障下良好并网运行效果。仿真结果表明本文所设计的永磁直驱式风力发电系统并网控制策略的有效性。
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