摘要：随着经济不断地发展，人们对生活环境的要求越来越高，改变人们现有的生活环境不仅是一件迫在眉睫的事情，同时意味着开发可再生能源广泛的发展前景。风力能源近年由于其成本和技术上的优势，受到了广泛的关注。而在风力发电市场中，双馈风力发电机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)因其具有最大风能控制、功率解耦等优点受到人们的关注，高风能利用率使DFIG逐渐成为市场主流。

系统的稳定性降低是因为同步发电机被替换成DFIG后系统惯性跌落、系统频率加快导致的，主要由于是因为DFIG转子侧采用背靠背电平电压型PWM(Pulse Width Modulation)整流器接入电网，转子侧的弱耦合性使它无法随系统频率的变化而及时变化；次要原因是DFIG采用最大功率跟踪控制(Maximum Power Point Tracking, MPPT)策略，从而没有足够的备用容量。为了加大风力发电机的使用规模，扩大风能的使用收益，需要优化DFIG的控制结构通过调节策略让其具备频率控制能力，以改善电网对风力机的接受度。

本论文主要针对现有的双馈式风力发电机组的控制方法，对 DFIG频率调节策略进行了进一步的研究。首先通过建立 DFIG的数学模型，并在此基础上，改变控制策略，分析了负荷变化时，风力机的不同响应模式，得到了研究风电机组的功率解耦方案。根据数学模型可得知，DFIG对外表现为“0”惯量，所以将DFIG大量使用于电网中会导致系统惯性和响应频率的能力有所变化。随后将传统同步发电机与风电机组进行了对比，指出随着DFIG的增加，系统的稳定性会随着风力发电渗透率的增长而下降。

为了使DFIG更好地适应系统频率并及时响应，将重点研究DFIG惯性控制策略，通过改变系数及研究其在不同风速下对DFIG调频的影响，从中选定最优控制系数以满足DFIG适应系统的频率调节。

在 MATLAB/Simulink仿真平台上建立 DFIG仿真模型，调整控制策略。对 DFIG模型对系统频率的影响，采用传统功率控制和惯性控制两种方法进行仿真比较和分析验证。

关键词：风力发电；双馈风力发电机组；高风电渗透率；模拟惯性控制

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  绪  论-1

1.1 国内外风力发电现状-1

1.1.1 国外风力发电现状-1

1.1.2 我国风力发电现状-2

1.2 课题背景及研究意义-3

1.3 国内外研究动态-4

1.4 本文主要研究内容-5

第二章 双馈风力发电机的数学建模与控制策略-7

2.1 双馈风电机组的基本模型-7

2.1.1 双馈风力发电机的变速恒频运行原理-7

2.1.2 风力机的空气动力学模型-8

2.2 双馈风力发电机的功率传输特性-9

2.3 本章小结-10

第三章  双馈风力发电机的模拟惯性控制-11

3.1 传统电力系统的频率响应特性-11

3.2 高风电渗透率电力系统的频率响应特性-13

3.3 双馈风电机组参与调频的控制方法-14

3.4 本章小结-15

第四章  模拟惯性控制的仿真分析-16

结束语-20

参考文献-22

致  谢-24