双馈风力发电机的无功功率控制

论文摘要

随着矿物能源的日益短缺,风能的开发和利用得到迅猛的发展。变速恒频双馈风力发电机已经是风电领域的主流机型。双馈风力发电机组成的风电场并网后改变了原有网络的潮流分布,对电力系统产生了一系列的影响。其中,电压的稳定性、网络的无功优化,机组低电压穿越能力与风电场的无功控制关系非常密切。双馈风电机组采用矢量控制技术很容易实现有功无功的解耦。双馈风电机组网侧变流器及定子侧均能向电网注入或吸收无功。相关研究主要集中在利用双馈风电场的无功对并网点电压或功率因数进行控制。在正常的工作条件下,由于风电场受当地电力系统的结构强度、负载情况等因素的影响,单纯采用电压控制或功率因数控制并不能合理利用双馈风电场的无功功率。本文采用一种切换控制方案,自动根据并网点的电压、功率因数的实际情况进行无功控制策略的选择,无功控制策略有三种：电压控制、功率因数控制、零无功控制。在稳定电压的前提下以提高功率因数为目标。在低电压故障期间,在已有电压控制方案的基础上,转换机侧变流器无功电流为优先,根据电压跌落的深度自动调整注入转子无功电流的大小。与有功电流优先的电压控制方案相比,这种改进电压控制方案在机组允许的条件下,能够向电网提供更多的无功支撑。通过仿真实验证明了在正常工作条件下,无功切换控制方案与单纯的电压控制方案或功率因数控制方案相比具有一定的优越性；在低电压故障期间,与有功优先的电压控制相比,能够向系统提供更多的无功,同时减轻了无功电流优先所带来的较大机械冲击和电气参数振荡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 风力发电的发展状况
• 1.2 风电场并网对电力系统的影响
• 1.3 风电场无功概述
• 1.3.1 风电场无功补偿的作用
• 1.3.2 双馈风电场无功的特点
• 1.4 风电场常用的无功补偿方法
• 1.5 本课题的主要研究内容和章节安排
• 第2章 风电机组结构及其控制的基本原理
• 2.1 风电机组的组成结构
• 2.1.1 偏航控制系统
• 2.1.2 变桨距控制系统
• 2.1.3 变流器控制系统
• 2.1.4 冷却系统及制动系统
• 2.1.5 风电机组的启动过程
• 2.2 变速恒频风电机组控制技术
• 2.2.1 风电机组控制技术的发展过程简述
• 2.2.2 风电机组控制的基本要求
• 2.2.3 双馈风电机组的并网控制技术
• 2.2.4 最大风能捕获技术
• 2.2.5 低电压穿越技术
• 2.3 基于定子磁链定向的双馈发电机矢量控制原理
• 2.3.1 双馈发电机的数学模型
• 2.3.2 同步旋转坐标变换
• 2.3.3 定子磁链定向的双馈发电机矢量控制
• 2.3.4 网侧变流器的控制
• 第3章 双馈风电机组的无功能力及其控制模式分析
• 3.1 发电机的工作状态及其有功无功分析
• 3.2 双馈风电机组的无功能力分析
• 3.2.1 双馈发电机的无功能力分析
• 3.2.2 网侧变流器无功能力分析
• 3.3 传统的无功控制模式分析
• 第4章 双馈风电场的无功功率控制
• 4.1 无功控制点的选取及无功计算分配
• 4.1.1 无功控制点的选取
• 4.1.2 双馈风电场的无功计算及分配
• 4.2 双馈风电场已有的无功控制方案分析
• 4.3 双馈风电场的无功切换控制方案
• 4.3.1 无功切换控制方案的实现
• 4.3.2 切换控制方案的仿真实验
• 4.4 改进的风电场电压控制方案
• 4.4.1 低电压时转换为无功优先的DFIG仿真特性分析
• 4.4.2 改进电压控制方案的实现
• 4.4.3 改进电压控制方案的仿真实验
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录