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分布式电源建模及变速恒频风电系统的控制策略研究

林绿浩  
【摘要】:随着全球能源供应紧张、环境污染严重,以及集中式发电、远距离输电和电网互联的大规模电力系统的弊端日益呈现,分布式发电技术越来越受到世界各国的关注和利用。将大电网系统和分布式发电系统联合运行的方式,已经被许多国内外电力专家和学者认为是降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式,各种分布式电源在现代电力系统中得到广泛的应用。 本文首先分析了三种分布式电源的特点及其优缺点,对三种分布式电源进行了建模分析。利用仿真软件搭建光伏电池模型、简化的质子交换膜燃料电池模型和风力发电系统模型,通过仿真分别得到三种分布式电源的相关特性曲线。 接着,对当前风力发电占主流的变速恒频双馈式风力发电系统进行研究,分析风力机在额定风速以下时最大风能跟踪控制策略和额定风速以上时变桨距控制策略。根据双馈发电机的等效电路,研究了转子侧变换器采用发电机定子磁链定向控制技术实现定子输出有功、无功的解耦控制;以及网侧变换器采用电网电压定向矢量控制技术在保证网侧功率因数恒定的条件下,实现了直流母线电压恒定。通过仿真实验验证了以上控制策略的正确性和有效性。 然后,分析了电网电压跌落两个过程对双馈式风力发电系统的影响。在电网电压发生跌落时,会引起双馈电机内部剧烈的电磁过渡过程,风力机输出有功减少而无功会增加,电磁转矩的绝对值会减小,发电机转子转速增加,定子电流和转子电流也会增大。在电网电压跌落和恢复瞬间,电磁转矩和直流电容的电压都会发生强烈的振荡。通过仿真分别得到三种不同电压降落下双馈风力发电系统中有功功率、无功功率、转速、直流电压等相关量的动态响应曲线。 最后,搭建变速恒频双馈式风力发电的电力系统模型,通过仿真分析,分别研究了单相短路接地和三相短路接地故障对风力发电系统的影响。从结果可以看出,与电网发生单相短路接地故障相比,三相短路接地故障会对风力发电机组的运行造成更大的影响。


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