變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與控制.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電正在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展，成為當(dāng)今世界增長速度最快的能源，我國的風(fēng)力發(fā)電也正在進入一個快速發(fā)展的時期。隨著風(fēng)力發(fā)電裝機容量的增長，將不可避免的為電力系統(tǒng)帶來一些新的問題。風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電能力取決于風(fēng)能資源的狀況，因而無法控制和準確預(yù)測，這給風(fēng)力發(fā)電投資和電力系統(tǒng)運行管理帶來了一定的困難。風(fēng)力發(fā)電機組還經(jīng)常處于風(fēng)速變化的擾動之中，對其自身以及與之相聯(lián)系的電力系統(tǒng)造成影響，掌握風(fēng)力發(fā)電機組和電力系統(tǒng)之間相互作用和相互影響的規(guī)律是

2、保證系統(tǒng)安全和經(jīng)濟運行的重要保證。針對這些問題，本論文展開了相應(yīng)的研究。 由于短時風(fēng)速變化是對風(fēng)力發(fā)電和電力系統(tǒng)動態(tài)相互作用分析的重要因素之一，所以本論文首先建立了滿足一定功率譜密度(PSD)特性的短時風(fēng)速的自回歸滑動平均(ARMA)模型。仿真分析表明這種ARMA模型能夠產(chǎn)生符合短時風(fēng)速變化規(guī)律的風(fēng)速信號。 在評估風(fēng)力發(fā)電機組的長期發(fā)電能力時，不僅考慮了風(fēng)速變化和分布的長期統(tǒng)計規(guī)律特性，還充分考慮了前述風(fēng)速的短時變化特性

3、。提出用頻率響應(yīng)法來確定具有較大轉(zhuǎn)動慣量的風(fēng)力機吸收和轉(zhuǎn)化風(fēng)能的效率，建立了一種估計風(fēng)力發(fā)電機組容量因數(shù)的新方法。用該方法對風(fēng)力發(fā)電機組長期發(fā)電能力進行評估的結(jié)果更加符合實際的情況。 除風(fēng)速變化特性之外，發(fā)電機特性是影響和決定風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能的又一主要因素。在建立雙饋感應(yīng)發(fā)電機同步旋轉(zhuǎn)qd0坐標模型的基礎(chǔ)上，用等效集中質(zhì)量法建立了風(fēng)力發(fā)電機組軸系動態(tài)的兩質(zhì)量塊模型，該模型與發(fā)電機詳細模型接口，并在Matlab/Simulink中

4、建立了仿真模型。 在得到風(fēng)力發(fā)電機組模型的基礎(chǔ)上，用多變量非線性控制逆系統(tǒng)方法研究了發(fā)電機轉(zhuǎn)速與無功功率解耦控制策略。用狀態(tài)反饋得到了風(fēng)力發(fā)電機模型完全解耦的偽線性系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進一步設(shè)計了閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)，使之構(gòu)成完整的轉(zhuǎn)速與無功功率解耦控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)在Matlab/Simulink中建立了仿真模型，仿真結(jié)果表明這種解耦控制規(guī)律是非常有效的。 在動態(tài)仿真中設(shè)計并建立了風(fēng)力發(fā)電機組初始化的過程。用超導(dǎo)體回路磁鏈守恒原

5、則分析了短路暫態(tài)過程中各種電流分量出現(xiàn)的原因和變化規(guī)律，在相應(yīng)的等效電路的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了短路電流計算的表達式，計算結(jié)果與仿真程序結(jié)果的對比表明該方法具有非常好的工程實用性。分析了各種模型在電壓閃變分析中的效果，說明可用集總質(zhì)量模型代替軸系模型進行電壓閃變的研究。進行了風(fēng)力發(fā)電機組抵御電網(wǎng)故障能力的研究，短路故障后暫態(tài)過程仿真的結(jié)果表明，發(fā)電機具有很好的變速運行能力和電壓恢復(fù)能力，但是轉(zhuǎn)子變流裝置的行為將對發(fā)電機最終的穩(wěn)定性具有重大的作用。