基于永磁直驱风电机组的风电场并网运行电压稳定性分析

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1、基于永磁直驱风电机组的风电场并网运行电压稳定性研究4．2网侧变流器暂态电压控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯214．2．1电网正常时的控制模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯224．2．2电网电压故障时的控制模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．3仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．3．1仿真模型的搭建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．3．2仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26结论⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．44攻读学位期间的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46兰州交通大学硕士学位论文1绪论1．1选题背景及意义几个世纪以来，由于石油、煤炭等化石燃料的不断使用，使得地球环境受到前所未有的破坏，而且随着全球经济的不断发展，对

3、能源的需求也越来越大，这些不可再生资源己无法满足人类的可持续发展。为解决日趋严重的能源危机，世界各国越来越重视对可再生能源的开发利用。而风能作为一种可再生能源，因其自身清洁、环保的优点，逐渐被应用到了发电行业。随着科技的不断进步，风力发电的成本已大大降低，因此大规模的开发和利用风能已成为世界可再生能源领域的一大研究课题【l’2J。由于电力电子技术的日益成熟和完善，变速恒频风电机组逐步取代了恒速恒频风电机组[31。而目前的变速恒频风电机组主要有两种：双馈型风电机组和永磁直驱型风电机组。相比于双馈型风电机

4、组，永磁直驱风电机组采用风力机直接驱动转子旋转，发电机与风力机之间省去了变速环节，降低了成本的同时也免去了变速箱产生的噪声污染【4】。同时，直驱型机组由于发电机转子采用永磁材料制造，不仅省去了转子励磁绕组和相应的励磁电流回路，而且使得转子结构比较简单，不需要外部提供励磁，提高了机组的效率‘51。大量风电场的并网运行，也给电力系统的稳定运行带来了巨大的挑战。由于风速的间歇性，导致风电机组输出功率不断变化，风资源的不确定性以及风电机组本身的运行特性，使风电机组的输出功率是波动的，必然会影响电网的稳定运行[

5、6'7】。加之，大多数风场一般远离负荷中心，地区网架结构薄弱，风电并网后会影响局部电网中的潮流分布，给地区电网电压稳定带来影响【8’9】。因此，研究风电场接入电网后的电压稳定问题显得十分重要。本课题的研究得到了甘肃省科技厅科技支甘项目“永磁直驱型风力发电机全功率并网变流器研制(1011JKCAl72)"的资助。1．2国内外研究概况目前国内外对永磁直驱风电系统进行了广泛的研究，且取得了较多的成果，现主要从三个方面总结如下：1．2．1永磁直驱风电机组建模研究在仿真研究中，对模型的等效是否准确直接影响最终的

6、仿真结果。过于简单的模型可能会使仿真的效果无法反应真实的情况；过于复杂的模型又会加大分析难度[10】。文献基于永磁直驱风电机组的风电场并网运行电压稳定性研究【11]利用Matlab／Simulink软件搭建了包括风力机模型、传动系统模型以及发电机模型在内的完整的D-PMSG(DirectlyDrivenwindturbinewithPermanentManetSynchronousGenerators，永磁直驱同步风力发电机组)模型，并对风速变化时风电机组的运行情况进行了仿真，仿真结果验证了模型的合理

7、性。文献[12】对恒速风电机组和变速风电机组进行了数学建模，采用PSS／E软件搭建了异步风电机组、双馈风电机组和直驱风电机组的模型，并对这三种机组的特性进行了比较分析。1．2．2全功率变流器控制策略研究直驱型风电机组相比其他机组有以下优势：发电机由风力机直接驱动从而省去了齿轮箱、可以控制网侧变流器与电网之间的无功交换、可以控制风电机组发出的有功大小实现最大功率跟踪。上述功能则是通过对加装在永磁同步电机与电网之间的全功率变流器的控制来实现的。文献[13]提出了风力机桨距角及发电机转速的控制策略，首先桨距

8、角控制将风速和发电机的功率作为输出信号，采用比例积分控制器反映不同风速对桨距角的控制要求：发电机转速控制中采用dq同步旋转坐标的矢量控制策略，实现了机组有功和无功的解耦控制。文献[14]针对永磁同步发电机定子电流中的大量谐波，提出在对机侧变流器的控制中加入谐振角频率可变的比例积分控制器，在转子旋转坐标系下对定子电流进行控制，对指定次谐波进行抑制，提高了发电机组的效率。文献[15】根据风力机和永磁同步发电机的特性提出基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制