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《燕山大学》 2015年
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微电网中自治运行的风光蓄互补发电变流器控制研究

阚志忠  
【摘要】:风能、太阳能等间歇性新能源接入传统公用电网后会成为电网中的不可控电源,以传统形式大规模直接并网的新能源影响电力系统的稳定性和安全性,引起大电网电能质量方面的问题,而且电网发生故障时,必须立即将分布式电源切除,影响了新能源利用效率,目前国内风电场由于风电的“劣质”特性,已经出现“弃风”、“停机”现象。集成风电、光伏发电、储能装置的微电网为新能源充分利用带来了希望。本文围绕微电网自治运行条件下的双馈风力发电、光伏接口逆变器、储能装置接口逆变器控制的三个基本问题开展研究。主要工作如下:(1)建立独立运行的双馈发电机物理模型和数学模型,从控制的角度分析双馈发电机并网运行的数学模型和独立运行双馈发电机模型的不同点,研究以稳定双馈发电机定子电压为控制目标的控制策略,从理论上证明同时满足双馈发电机定子磁链、频率恒定是实现定子电压稳定的充分条件。(2)研究微电网自治运行模式下双馈风力发电机定子电压控制问题,探索利用独立运行双馈发电机稳定微电网电压的控制策略。研究了双馈风力发电机独立运行条件下的空载启动和带载启动控制策略。在独立运行时将改善定子电压暂态波形和定子电压稳态精度作为独立运行控制的重点问题,提出了定子电压闭环和定子磁链强制定向的控制策略。(3)针对蓄电池储能装置接口逆变器的输出特性开展研究,研究了一种电压输出特性自然下垂的三相三电平逆变器控制策略,提出桥臂瞬态电压与输出电压反馈构成的双电压闭环控制策略。此控制策略摒弃传统的反馈滤波器电感电流和输出电压的逆变器双闭环控制策略,无需电感电流反馈控制环节。在双电压闭环控制策略下的逆变器输出滤波电感不仅承担滤波作用,同时又相当于逆变器与微电网的线路耦合电感。此具有输出自然下垂特性的双电压闭环控制逆变器可适用于微电网多机大功率并联运行场合。(4)针对低压微电网中光伏接口逆变器在非纯感性或阻性线路阻抗条件下的功率控制问题,为解决因微电网各条线路阻抗不同导致微电网接口逆变器输出功率不均分问题,提出基于线路阻抗角变换的可变虚拟阻抗控制方法。基于交流稳态电路模型推导出并联到微电网的电压型接口逆变器输出功率表达式,在此基础上分析了影响逆变器输出功率的因素,证明了线路阻抗比是光伏逆变器输出有功和无功耦合的决定因素。(5)研究了风光互补发电系统中蓄电池储能接口三电平逆变器无功功率下垂控制问题,提出了蓄电池接口逆变器在储能装置接口逆变器与独立运行双馈风力发电机并联运行条件下按照带有积分环节的无功下垂控制策略,以改善自治微电网中风能与光伏发电功率的波动性。进行了储能装置与风力发电并联运行情况下的能量双向传输仿真研究,仿真表明当风力发电输出功率大于负载消耗功率时储能单元快速吸收多出的功率,反之亦然。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM46

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