关键词：
DFIG WECS
非线性
矢量控制
建模与仿真
模态分析
摘要：
风能转换系统(Wind Energy Conversion System,WECS)作为可再生能源发电技术的典型代表在新型电力系统中得到应用,其中,以双馈感应电机(Double Fed Induction Generator,DFIG)的并网系统最为广泛。针对磁链矢量控制中磁链观测器由于积分漂移而存在的误差现象,使得WECS的并网稳定性受到影响。本文提出了基于定子电压矢量控制下DFIG-Based WECS的动态非线性模型。在此基础上,研究了风力机、感应电机和控制参数对稳定性及振荡模态的影响,得到了一种由于控制参数所引发宽频振荡的可能路径,主要研究内容如下:
首先,本文对定子磁链定向下的DFIG-Based WECS的非线性动态模型进行了综述介绍,构建了其电磁暂态模型及数学表达,探究了在定子磁链定向下DFIG-Based WECS存在磁链观测器误差的原因。
然后,针对磁链观测器存在的误差,提出了基于定子电压定向DFIG-Based WECS的非线性动态模型,同时,考虑到电力系统从数学角度出发为微分代数方程,提出了一种利用S-函数模块实现的DFIG-Based WECS并网仿真的新方法。通过构建风力机、感应电机、变流器及其控制环节的数学模型,利用S-函数将各个环节模块化完成并网。另外,由于所接入单机无穷大系统,可认为并网母线电压钳位及频率稳定,因此,对忽略网侧变流器及其控制进行了建模与仿真。通过与电磁暂态程序下DFIG-Based WECS的比较,本文所利用S-函数模块的DFIGWECS并网实现方式不经能够保证仿真的精确性,还能够极大的缩短仿真时长。
最后,在基于定子电压定向DFIG-Based WECS的基础上,利用特征值法研究了所建立模型的小信号稳定性。通过模态参与因子判断了感应电机、变流器及其控制环节中重要参数对固有振荡的参与度,揭示了在单机无穷大系统下网侧变流器及控制不参与DFIG-Based WECS并网与运行的原因。另外,在变流器参数导致失稳且不影响DFIG-Based WECS的平衡点时,得到了DFIG-Based WECS可能呈弱非线性的结论。利用FFT(Fast Fourier Transform,FFT)算法对可能呈现弱非线性的结论进行了验证。频谱结果表明,在本文变流器的失稳控制参数下,基于定子电压定向的DFIG-Based WECS呈现弱非线性特征。HIL(Hardware-inloop,HIL)结果表明,基于定子电压定向下DFIG-Based WECS的非线性动态模型有着良好的并网性能,同时,利用S-函数的并网实现方式能够有效解决仿真时长与精确性间的矛盾。本文为WECS应用提供一定理论基础。
欢迎来到三峡大学图书馆！
