论文题目：适用于风电场谐波治理的有源滤波控制策略研究
摘要：能源在现代化进程中,扮演着越来越重要的角色,社会的不断前进发展,使得人们对能源的需求也在逐步增加。风电是世界上发展最快的新型可再生能源,风力发电在发电产业中占有的比例也在不断提高。其中,双馈风力发电机组是目前在风电场中应用最广泛的风力发电机组,而在双馈风力发电场运行时,将产生一定幅值的各次谐波。在并网过程中不可避免会影响电能输出质量。因此,有效地降低风电场并入电网的谐波电流,有助于提升风电场的电能输出质量,对风电安全稳定并网有着重要意义。本文以双馈风力发电机自身和整个风电场作为研究对象,针对双馈风力发电机存在低次特征谐波污染的问题和风电场存在复杂谐波污染的问题,对网侧变流器控制策略和有源滤波控制策略进行研究。论文具体研究内容如下:首先,对目前风电并网的谐波检测技术、风力发电机谐波控制方法、风力发电场谐波控制方法的研究现状进行概括梳理。其次,详细分析了双馈风力发电机的系统结构和工作原理,建立三相静止坐标系和两相旋转坐标系的数学模型,分析了传统的转子侧变流器和网侧变流器的控制策略。之后,针对双馈风力发电机自身产生的低次谐波问题,提出在网侧变流器电流内环采用多谐振控制策略。对谐振控制器进行了详细阐述和分析,利用多谐振控制器对交流量具有无静差跟踪的特性,设计了基于多谐振控制的网侧变流器控制策略,在MATLAB/Simulink环境中,将传统PI控制策略和多谐振控制策略进行对比实验,验证了多谐振控制的谐波抑制作用更为优秀,可以有效治理双馈风电机自身产生的谐波污染。最后,针对整个风电场处于弱电网环境下更已产生复杂谐波的问题,提出在无功补偿设备STATCOM的电流环中加入重复控制器,利用其对周期性信号无静差跟踪的特性,设计了基于重复控制的STATCOM谐波抑制方法。针对传统重复控制含有延时环节而导致动态响应差的问题,对传统重复控制进行改进,提出了改进的快速重复控制策略,并设计了控制器参数。在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建风电场并网模型,将基于改进快速重复控制策略的STATCOM接入并网点,对谐波电流的抑制效果进行仿真验证。对比仿真结果,验证了基于改进快速重复控制策略的STATCOM能够有效抑制风电场并网侧的谐波电流,减少谐波畸变率,改善电能质量。
关键词：风电场;谐波抑制;网侧变流器控制;重复控制
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 课题研究现状
1.2.1 谐波检测技术研究动态
1.2.2 双馈风力发电机谐波抑制研究动态
1.2.3 风电场并网谐波抑制研究动态
1.3 论文的主要研究内容
第2章 双馈风电系统数学建模与控制策略
2.1 双馈风力发电系统结构及工作原理
2.1.1 风力发电系统基本结构
2.1.2 双馈风力发电机及其控制原理
2.2 双馈风力发电机的数学模型
2.2.1 双馈风力发电机在三相静止坐标系下的数学模型
2.2.2 双馈风力发电机在两相旋转坐标系下的数学模型
2.3 双馈风力发电机的双变流器控制策略
2.3.1 转子侧变流器控制模型
2.3.2 网侧变流器控制模型
2.4 本章小结
第3章 双馈风力发电机谐波控制研究
3.1 双馈风力发电机谐波来源分析
3.2 基于比例谐振控制的网侧变流器谐波控制研究
3.2.1 比例谐振控制
3.2.2 多谐振谐波抑制策略
3.2.3 基于多谐振控制的网侧变流器电流环控制策略
3.3 仿真验证
3.4 本章小结
第4章 风电场并网侧谐波控制研究
4.1 风电场的谐波来源分析
4.2 STATCOM的数学模型及工作原理
4.2.1 STATCOM的工作原理
4.2.2 STATCOM的数学模型
4.3 基于改进重复控制的STATCOM电流跟踪控制方法研究
4.3.1 经典重复控制
4.3.2 改进的快速重复控制策略
4.4 仿真验证
4.4.1 主电路搭建
4.4.2 未滤波前PCC点谐波检测仿真结果
4.4.3 滤波后PCC点谐波检测仿真结果
4.5 本章小结
第5章 总结与期望
5.1 本文工作总结
5.2 未来工作展望
参考文献
在学研究成果
致谢