直驅(qū)式風力發(fā)電機的建模與并網(wǎng)仿真分析.pdf

1、在世界經(jīng)濟發(fā)展對石油、煤炭過度依賴，而傳統(tǒng)一次能源日益枯竭的情形下，大力發(fā)展可再生清潔能源成為國際社會解決能源問題的主要途徑，其中具有取之不盡、分布廣泛、綠色清潔等優(yōu)點的風電得到了更多關注。
　　 然而，風能固有的隨機性和間歇性使得風力發(fā)電機成為不穩(wěn)定電源又成為制約風電場大規(guī)模并網(wǎng)的主要因素。
　　 近年來隨著電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，器件成本不斷降低，直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電機(Directly driven wind tur

2、bine with Permanent MagnetSyaehronous Generators)在風電市場中占據(jù)越來越多的份額。這種機型采用永磁同步發(fā)電機，經(jīng)全功率變流器并網(wǎng)，與傳統(tǒng)的異步風力發(fā)電機和雙饋風力發(fā)電機有著本質(zhì)的區(qū)別。因此，建立直驅(qū)式風力發(fā)電機的模型并分析其特性，成為近兩年內(nèi)研究的熱點。
　　 本文詳細介紹了直驅(qū)式風力發(fā)電機的數(shù)學模型以及雙PWM變流器的控制策略，通過仿真分析了DI=PMSG的動態(tài)特性；根據(jù)風速的隨

3、機性建立了風電場的穩(wěn)態(tài)模型并計算系統(tǒng)潮流，分析風電場并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓的影響。
　　 具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)研究了陣風、漸變風和隨機風的數(shù)學模型，介紹了風能轉(zhuǎn)換基本原理、風力機模型和槳距角控制策略，通過Simulink仿真得到風能利用系數(shù)與槳距角、葉尖速比的關系曲線，在此基礎上詳細闡述最大風能捕獲原(2)建立了永磁發(fā)電機、PWM變流器和直流環(huán)節(jié)的數(shù)學模型以及雙PWM變流器的控制策略。根據(jù)永磁電機定子電壓方程和磁鏈方

4、程，發(fā)電機側(cè)變流器采用轉(zhuǎn)子磁場定向、網(wǎng)側(cè)變流器采用基于電網(wǎng)電壓定向矢量控制方法，實現(xiàn)了有功分量和無功分量的解耦控制，并在Matlab／Simulink平臺中搭建了包括風速、風力機在內(nèi)的整個系統(tǒng)的仿真模型。
　　 (3)對直驅(qū)式風力發(fā)電機在陣風、漸變風以及電網(wǎng)電壓跌落和電網(wǎng)短路故障情況下的動態(tài)性能進行了仿真，仿真結(jié)果表明：所搭建的模型可以很好地反映系統(tǒng)的動態(tài)響應；風速擾動對發(fā)電機、直流電容電壓、網(wǎng)側(cè)變流器電流均有影響，但影響有限：

5、電網(wǎng)電壓跌落和三相短路故障下，發(fā)電機各物理量變化很小，網(wǎng)側(cè)變流器電流和直流電容電壓波動很大；故障不會影響發(fā)電機的正常運行，但會對網(wǎng)側(cè)變流器和直流電容產(chǎn)生危害，需要采取相關限制措施加以保護。
　　 (4)結(jié)合直驅(qū)式風力發(fā)電機的功率特性建立了風電場的穩(wěn)態(tài)模型，以IEEE-24節(jié)點測試系統(tǒng)為例，考慮風速的變化和風電場接入位置的不同，計算系統(tǒng)潮流，在此基礎上分析風電場并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓的影響。結(jié)果表明，系統(tǒng)電壓隨風電場的出力和接入位置的不同