直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的建模與并網(wǎng)仿真分析.pdf

1、在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)石油、煤炭過(guò)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(guó)際社會(huì)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(diǎn)的風(fēng)電得到了更多關(guān)注。
　　 然而，風(fēng)能固有的隨機(jī)性和間歇性使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為不穩(wěn)定電源又成為制約風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模并網(wǎng)的主要因素。
　　 近年來(lái)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(fēng)力發(fā)電機(jī)(Directly driven wind tur

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

3、機(jī)性建立了風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)模型并計(jì)算系統(tǒng)潮流，分析風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。
　　 具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)研究了陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)的數(shù)學(xué)模型，介紹了風(fēng)能轉(zhuǎn)換基本原理、風(fēng)力機(jī)模型和槳距角控制策略，通過(guò)Simulink仿真得到風(fēng)能利用系數(shù)與槳距角、葉尖速比的關(guān)系曲線，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述最大風(fēng)能捕獲原(2)建立了永磁發(fā)電機(jī)、PWM變流器和直流環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型以及雙PWM變流器的控制策略。根據(jù)永磁電機(jī)定子電壓方程和磁鏈方

4、程，發(fā)電機(jī)側(cè)變流器采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(shí)現(xiàn)了有功分量和無(wú)功分量的解耦控制，并在Matlab／Simulink平臺(tái)中搭建了包括風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型。
　　 (3)對(duì)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在陣風(fēng)、漸變風(fēng)以及電網(wǎng)電壓跌落和電網(wǎng)短路故障情況下的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)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(dòng)態(tài)響應(yīng)；風(fēng)速擾動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)、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(jī)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(dòng)很大；故障不會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，但會(huì)對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器和直流電容產(chǎn)生危害，需要采取相關(guān)限制措施加以保護(hù)。
　　 (4)結(jié)合直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率特性建立了風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)模型，以IEEE-24節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)為例，考慮風(fēng)速的變化和風(fēng)電場(chǎng)接入位置的不同，計(jì)算系統(tǒng)潮流，在此基礎(chǔ)上分析風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。結(jié)果表明，系統(tǒng)電壓隨風(fēng)電場(chǎng)的出力和接入位置的不同