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基于PSCAD的风电场建模与功率调控研究

作　者: 陈盈今
导　师: 米增强
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 双馈型风力发电机组 PSCAD/EMTDC 桨距角控制 风电场建模 功率调控
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


风力发电在减少环境污染、调整能源结构、缓解能源危机等方面作用突出,已成为全世界可再生能源发展的重要方向。我国风电事业发展迅速,其中,变速恒频双馈型风力发电机组由于其优点突出,已经成为大型风电场建设中的主流机型。双馈型风力发电机组风电场的建模和功率调控研究,对风电场并网运行、减小风电并网对电网的冲击以及实现风电调度等方面有着重要的意义。本文依据国家电网公司提出的《风电并网运行控制技术规定(试行)》(国家电网调[2010]201号),以双馈风力发电机组组成的风电场为研究对象,对风电场建模及其相关的功率调控进行研究,并以PSCAD/EMTDC为工具,进行仿真分析和验证。本文首先对双馈型风力发电机组建模和控制理论进行分析和研究。将磁场定向矢量控制技术应用到双馈风力发电机仿真建模中,实现了风电机组的变速恒频控制,并基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台,建立双馈风力发电系统仿真模型,为研究提供技术平台和支持。在理论和仿真实践的基础上,本文对双馈风力发电机组桨距角控制进行了深入研究,并结合工程实际,对风电机组自身调控和执行调度指令情况下的有功功率控制进行了改进,使控制更准确有效。基于双馈风电系统单机仿真模型与功率控制改进方法,本文对风电场等效建模方法进行了探讨,建立了风电场的仿真模型,并结合有功功率和无功功率调控能力的分析,提出了一种风电场的功率调控方案。最后,通过PSCAD仿真平台上对扰动下风电场动态特性和功率调控进行实验,验证了风电场仿真模型和功率调控方案的准确性和有效性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 选题的背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 研究软件介绍  11
  1.4 本课题的主要工作  11-13
第2章 双馈风力发电机组的模型  13-19
  2.1 双馈风力发电机组基本原理及组成  13-14
  2.2 风力机的数学模型  14-15
  2.3 双馈异步发电机的数学模型  15-18
    2.3.1 双馈异步发电机动态数学模型  15-17
    2.3.2 双馈异步发电机静态数学模型  17-18
  2.4 双PWM 变频器模型  18
  2.5 本章小结  18-19
第3章 双馈风力发电机组的功率控制  19-35
  3.1 DFIG 的运行区域和能量传递分析  19-21
    3.1.1 DFIG 的运行区域  19-20
    3.1.2 DFIG 的能量传递分析  20-21
  3.2 DFIG 矢量控制  21-25
    3.2.1 转子侧变频器控制  22-23
    3.2.2 电网侧变频器控制  23-25
  3.3 DFIG 的有功功率控制  25-31
    3.3.1 最大风能追踪控制  25-27
    3.3.2 发电机组转矩控制  27-28
    3.3.3 改进的风力机桨距角控制  28-30
    3.3.4 转矩控制与桨距角控制方式对比  30-31
  3.4 DFIG 的无功功率控制  31-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 风电场建模与功率调控  35-44
  4.1 含双馈机组的风电场的等效方法  35-40
    4.1.1 等效转速的求取  35-36
    4.1.2 等效无功输出的求取  36
    4.1.3 等效风电机组参数的求取  36-37
    4.1.4 等效控制系统模型  37
    4.1.5 等效风电场内部电网参数  37-40
  4.2 建立风电场的仿真模型  40-41
  4.3 风电场功率调控  41-42
    4.3.1 风电场功率调控分析  41
    4.3.2 风电场功率调控方法  41-42
  4.4 本章小结  42-44
第5章 PSCAD 仿真验证  44-57
  5.1 风速扰动下风电场出口动态特性  44-49
    5.1.1 随机风扰动下风电场出口动态特性仿真  44-46
    5.1.2 阵风扰动下风电场出口动态特性  46-49
  5.2 故障扰动下风电场出口动态特性  49-51
    5.2.1 单相短路故障下风电场出口动态特性仿真  49-50
    5.2.2 三相短路故障下风电场出口动态特性仿真  50-51
  5.3 风电场功率调控仿真实现与验证  51-55
    5.3.1 风况相同的风电场的功率调控  51-53
    5.3.2 风况不相同的风电场的功率调控  53-55
  5.4 本章小结  55-57
第6章 结论与展望  57-59
参考文献  59-62
攻读硕学位期间发表的论文  62-63
致谢  63-64
详细摘要  64-72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 风能发电
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