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直驱式同步风力发电机组的数模混合仿真研究

作　者: 姚旭东
导　师: 曾南超；朱艺颖；蒋卫平
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 变速风机直驱同步发电机电压源型换流器数模混合仿真
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

直驱式同步变速风力发电机由于效率高,可靠性强,电网异常适应性强等特点,在风电市场前景被看好。本文的主要工作就是建立直驱式同步风力发电机组的数模混合仿真模型,它既充分发挥了数字仿真建模简单效率高的优势,又比常规的风机数字模型更能反映换流器的高频暂态特性,同时便于与实际的风机控制器连接,这项工作在国内外还是第一次。文章主要内容如下：1)介绍了目前风电仿真技术的主要研究方向,数模混合仿真技术的主要特点,以及中国风力发电的现状和趋势。2)结合国家电网电力系统数模混合仿真中心的实验条件设计了本文仿真研究工作的实现方案。3)在Hypersim构建风轮机、同步发电机、传动机构及换流器的数字实时仿真模型,在Simulink上构建针对VSC物理仿真装置的控制保护模型,形成直驱式同步风力发电机组的全数字仿真模型,并对其动态特性进行仿真研究。4)用VSC物理仿真装置构建其换流器模型,并通过数模混合仿真技术与数字模型连接,同时将数字控制指令与VSC物理模型连接,形成数模混合仿真模型。在此基础上,研究该模型在风速波动下的动态特性及系统故障下的动态响应。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-15
  1.1 选题背景  8-10
  1.2 风电仿真技术  10-12
  1.3 数模混合仿真技术  12-13
  1.4 本文的主要工作和成果  13-15
第二章仿真方案研究  15-33
  2.1 数字模型仿真研究方案  16
  2.2 换流器物理模型建模方案  16-21
    2.2.1 VSC-HVDC物理仿真系统简介  17-19
    2.2.2 IGBT换流阀模型  19-20
    2.2.3 脉宽调制技术  20-21
  2.3 模拟交流系统仿真方案  21-28
    2.3.1 变压器模型  22-24
    2.3.2 电感模型  24-25
    2.3.3 输电线路模型  25-27
    2.3.5 断路器模型  27-28
  2.4 全数字仿真程序与物理仿真装置的互联  28-31
    2.4.1 全数字仿真程序与二次控制保护装置的互联  28-31
    2.4.2 全数字仿真程序与一次物理仿真装置的互联  31
  2.5 小结  31-33
第三章直驱式同步风力发电机组接入电网的数字仿真研究  33-50
  3.1 风电机组数字模型  33-38
    3.1.1 风轮机模型  33-35
    3.1.2 轴系模型  35
    3.1.3 同步发电机模型  35-36
    3.1.4 换流器模型  36-38
  3.2 控制与保护系统模型  38-44
    3.2.1 转速控制系统  39
    3.2.2 励磁控制系统  39-40
    3.2.3 发电机侧换流器控制系统  40-41
    3.2.4 电网侧换流器控制系统  41-43
    3.2.5 保护系统  43-44
  3.3 风电机组动态特性仿真研究  44-48
    3.3.1 风速恒定下的稳态运行试验  44-46
    3.3.2 风速突变时风机运行工况仿真研究  46
    3.3.3 系统故障下的风机动态响应仿真研究  46-48
  3.4 小结  48-50
第四章直驱式同步风力发电机组接入电网的数模混合仿真研究  50-62
  4.1 物理仿真系统建模  51-53
  4.2 风电机组并网时序仿真研究  53-56
  4.3 风速波动下的风机运行工况仿真研究  56-57
  4.4 系统故障下的风机动态响应仿真研究  57-61
  4.5 小结  61-62
第五章总结与展望  62-64
  5.1 总结  62-63
  5.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-67
攻读硕士学位期间发表的学术论文、科研、专利等  67

直驱式同步风力发电机组的数模混合仿真研究

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