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设计(论文)题目： 双馈风力发电机并网控制综述
毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述，应附有参考文献，且被引用。 文 献 综 述 世界上的煤炭、石油等不可再生能源日益枯竭，风力发电作为一种清洁可再生的新能源，对于缓解能源危机、保护环境具有非常重要的意义。目前，除了水电以外的任何可再生能源中，风力发电的潜力最大。在风力发电机组启动前，需要对发电机进行并网前调节，使发电机定子电压和电网电压在幅值、频率、相位上均保持一致，以满足并网条件。风力发电机组单机容量越来越大，目前已经发展到MW级水平，机组并网电流对电网的冲击已不能忽视，它不但会引起电网电压大幅下降，而且会对发电机组各部件造成损坏，甚至还会威胁其他发电机组的正常运行。因此，必须通过合理的并网技术来抑制并网冲击电流。并网技术己成为风力发电技术中的一个不可忽视的问题。 传统的风电并网技术主要有同步发电机整步与同步并网、异步发电机直接并网、准同期并网、捕捉式准同步并网等，这些技术对调速性能要求较高，实现复杂，只适用于恒速恒频机组。相对于恒速恒频，变速恒频（Variable Speed Constant Frequency ，VSCF）风电技术具有效率高、磨损小和电能质量佳等诸多优点。采用双馈异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator DFIG）的双馈式变速恒频风力发电机是目前应用最广泛的机型[1]。 DFVSCF风电机组并网技术近年来得到了广大学者的重视和研究。文献[2]总结了DFVSCF风电机组的现有并网方式，指出空载并网实现简单，是应用最广的并网技术；文献[3]采用电网电压定向建立了DFVSCF风力发电机空载并网控制策略，并进行了实验验证；文献[4]采用了定子磁链定向矢量控制实现DFVSCF风力发电机并网，分别叙述了空载和负载并网的方式方法。文献[5]采用虚拟磁链定向技术实现了DFVSCF风力发电机的柔性并网，无需检测电网电压，但需要网侧变换器的配合和额外的硬件设计；文献[6]在常规矢量控制基础上，分别采用了自抗扰和模糊控制技术，提出了不需要精确发电机参数的并网策略，目的是提高鲁棒性和稳定性，但是算法复杂，实际性能缺乏实验验证。 双馈发电机的并网方式主要是基于定子磁链或电网电压定向矢量控制的准同期并网控制技术，包括空载、独立负载、孤岛和电动共4种VSCF并网方式[7]，其中空载方式
并网前发电机不带负载，不参与能量和转速的控制；独立负载方式并网前接有负载，发电机参与能量控制；孤岛方式在并网前需形成能量回路，转子变换器的能量输入由定子提供，降低了并网时的能量损耗。由于空载并网方式具有控制策略简单、控制效果好特点，在实际机组中广泛采用：其他并网方式存在控制系统较为复杂、系统稳定性差等缺点，目前处于实际试验和理论探索阶段。 1.空载并网方式 此法就是并网前发电机空载，定子电流为零，发电机不参与能量和转速的控制，此时转子由交流电源进行励磁，采用定子磁链定向或电网电压定向技术，通过调节转子励磁电流对发电机的定子电压进行调节，当建立的定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致时进行并网，并网完成后其从并网控制切换到发电控制，根据实际风速进行功率的实时调整。这种方式并网时风电机组不带本地负载，适合直接向电网供电的大型风电场并网控制[8]。此法优点：并网使用设备少，并网控制简单，性能优良；在并网过程中几乎无冲击电流；采用电网电压定向的并网方式不需要观测定子磁链，避免了定子磁链检测不准确而造成的并网性能恶化，使并网过程更加顺滑。此法缺点：并网前转速完全由风力机决定，为了防止并网前发电机的能量失衡而引起的转速失控，需要风力机有较强的调速能力；采用定子磁链定向的并网方式，由于并网前定子磁链并不是恒定不变的，定子磁链的检测和定向都难以做到非常准确，从而使得空载并网的控制性能恶化，不可避免地对电网产生冲击。 2.负载并网方式 此法在并网前发电机己经带有独立负载（如电阻性负载），定子有电流，并网前发电机参与原动机的能量控制，根据电网信息和定子电压、电流对电机进行控制，当负载两端建立的定子电压与电网电压两者的频率、相位、幅值一致时进行并网。此法优点：能实现在变风速条件下的无冲击并网；发电机具有一定的能量调节作用，可与风力机配合实现转速的控制，降低了对风力机调速能力的要求，提高了系统运行的可靠性[9]。此法缺点：控制复杂，需要进行电压补偿和检测更多的电压、电流量；需要多一阻性负载。 3.孤岛并网方式 此法是近年来才提出的比较新颖的一种并网方式，它分为励磁、孤岛运行和并网3个阶段[10]。此法优点：在并网前形成能量回路，转子变换器的能量输入由定子提供，降低了并网时的能量损耗。此法缺点：并网方法复杂，操作麻烦，并网速度慢；需要预充电回路，成本高。 4.电动式并网方式 上面3种并网方式都是针对具有自启动能力的水平轴双馈风电
机组的准同期并网方式。由于垂直轴型的双馈机组不具备自启动能力，风力发电机在静止状态下的启动可由双馈电机运行于电动机工况来实现[11]。此法优点：并网实现方法简单，通过适当的顺序控制就能够实现不具备自启动能力的双馈发电机组的启动与并网，如果电机转子侧安装“CrowBar Protection”保护装置，则通过控制器投切“CrowBar Protection”就可以实现系统的启动与准同期并网[12]。此法缺点：并网方法较为复杂，操作也较麻烦，并网速度较慢；转子需串入电阻，并网过程存在能量损耗。 并网是风力发电机安全、高效运行的重要前提和条件。首先，并网是风电机组的一种运行工况，是后续功率解祸控制的基础。当风速变化时发电机可能会发生多次并（脱）网操作。其次，随着单机容量逐渐增大，并网安全性也将更加突出。因此，深入研究风电机组并网技术，对于保障其安全稳定运行具有重要的意义。 参考文献： [1]宋亦旭.风力发电机的原理与控制.北京:机械工业出版社,2012 [2]阿纳亚·蒙拉.风力发电的模拟与控制.北京:机械工业出版社,2011 [3]王全胜,郭纯生,曹桂荣.直驱式风力发电系统并网控制策略研究.电气自动化,2010,(6):16-20 [4]周明明,李世华.变速恒频双馈风力发电机并网的复合控制.东南大学学报,2012,42(1): 55-61 [5]林超峰.双馈式变速恒频风力发电系统并网控制研究.机电技术,2012,(5):82-84 [6]赵胜会.双馈风力发电机建模与仿真.科技致富向导.2011,33:119,81 [7]任永峰.双馈式风力发电机组柔性并网运行与控制.北京:机械工业出版社,2011 [8]侯荣均.永磁同步风力发电的并网控制策略研究:[硕士学位论文],成都:西南交通大学,2012,(3):23-25 [9]张贺军,朴成泽.风力发电并网控制技术的仿真研究.黑龙江电力,2012,34(2):96-99 [10]黄悦华,徐阳,周星辰.基于变论域模糊控制的无刷双馈风力发电系统空载并网控制.电力自动化设备,2012,32(2):99-103 [11]玉华,周任军,韩磊.基于CVaR的风电并网发电风险效益分析.电力系统保护与控制,2012,40(4):43-47 [12]赵宇,郭清滔,王奔.基于变结构控制的交流励磁变速恒频风力发电机励磁控制研究.电力系统保护与控制,2010,38(15):13-17
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