摘 要

风能是一种可再生的清洁能源,在全球能源危机和环境污染问题这两方面，利用风能发电可谓是起到了重要的作用,同时这也已经成为世上能源高效利用的主要发展方向之一。但在分布式发电系统中,无法将实际的电网等效为理想的电网模型。实际的电网往往会因线路传输阻抗和变压器漏感较大而变得不稳定。尤其是我国那些偏远地方,从长输电线路而输送出来的电能,这种情况下的阻抗更加不能忽略。电网和换流器之间的联系变弱,在这种条件下的电网就成为了所谓的弱电网。所以通过一定的方法和策略，在弱电网的情况下去控制系统的稳定性已成为研究人员一个重要的课题。

本论文首先介绍了世界是风力发电的一些发展状况以及技术发展趋势。对比当今世界上风电的主流技术后,本文采用了全功率风电系统模型。在简要介绍系统的基本组成和控制策略后,论文重点研究了风机电流控制系统,阐述了其工作原理及运行模式,并在弱电网的条件下建立了该控制系统的仿真模型。通过仿真分析,完成控制系统的各个环节的参数设计，从而大幅度地提升了弱电网条件下风电系统的稳定性。

关键词：全功率风机，弱电网，电流环，变流器

Abstract

Wind energy is a kind of clean and renewable energy. It plays an important role to settle the global energy shortage and environmental pollution problems. Besides it has become the world's one of the most main development direction of energy utilization. But in the distributed generation system, we can’t equal the actual grid model to the ideal grid model. Actual grid will present the characteristics of the non-ideal voltage source because of the transmission line impedance, and the leakage inductance of the transformer. In the remote areas, to transfer power from the long transmission lines out of the converter, the impedance of the power grid can't be ignored. The power grid is the so-called weak power grid under the condition of the weaker contact of the converter and the grid. So through some method and strategy, in the case of weak power grid on the stability of the control system has become an important topic of researchers.

This paper first introduces the world's wind power development status and technical development trend. Comparing the current mainstream technology, this paper adopts the full power wind power system model. After briefly introducing the basic composition and control strategy of system, the paper mainly studies the fan current control system, expounds its working principle and operation mode, and establishes the simulation model of the control system under the condition of weak power grid. Complete each link of the control system through the simulation analysis, the parameters of the design, thus greatly improve the weak grid conditions the stability of the wind system.

Key words: full power fan, weak power grid, current loop, current transformer

目 录

第1章 绪论 1

1.1 当今世界能源情况 1

1.2 国内外风力发电的现状和趋势 1

1.3 风力发电系统的技术状况 3

1.3 弱电网的背景和定义 6

1.4 本文的主要研究内容 7

第2章 全功率风机电流控制原理及模型 8

2.1 全功率风电系统的原理和功能 8

2.2 弱电网条件下全功率风机电流控制环节的基本原理 9

2.3 弱电网条件下全功率风机电流控制环节的模型和分析 12

2.4 本章小结 13

第3章 弱电网情况下风机电流稳定性的研究 14

3.1 弱电网情况下风机系统的控制原理 14

3.2 弱电网情况下风机系统的仿真模型和分析 15

3.3 不同参数下连接弱电网风机电流控制系统的稳定性 17

3.4 不同工况下连接弱电网风机电流控制系统的稳定性 23

3.5 本章小结 25

第4章 总结 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 当今世界能源情况

对于人类社会的发展，能源是不可缺少的。在过去 200 多年内，人类社会迅猛的发展速度都是依赖于对煤、石油、天然气等化石燃料大规模的开采和利用。然而，人类在享受物质和精神生活提高的快乐时，也看到了大规模开采那些不可再生能源所带来的严重后果，例如世界能源日益枯竭，生态环境不断恶化，同时由于能源问题还引发了某些国家之间的经济利益纠纷，甚至演变为战争。所以，人类必须寻求一种清洁安全、利用高效的可再生能源。

风能是世界上清洁的可再生能源之一,最大效率地利用风能便是风力发电。从20世纪60年代开始,由于风力发电比其他可再生能源在经济上更具有竞争优势,因而开始受到世界各国的重视,。由于政府提供了经济和技术上的支持,许多发达国家像德国、丹麦和瑞典都开始对大型风力发电机的研制投入大量人力和物力，风力发电机也因此从早期蓄电池方式过渡到并网型方式。随着桨叶空气动力学、复合材料、现代计算机技术的发展,风力发电技术也得到了前所未有的发展,在风机容量方面从数十千瓦级发展到了兆瓦级机组；在功率控制方面从定桨距控制发展到了全桨叶变距控制；在运行可靠性方面从上世纪80年代的50%提高到了98%以上。因此风能己成为一种重要的可再生能源。

我国既是一个能源大国，也是一个能源消费大国，但从目前能源形势来分析，我国必须要大规模地利用风能。虽然中国能源储量比较丰富，但由于人口基数大，人均储量相对不足，我国已探明的能源人均储量仅仅为世界人均值的一半。其中煤炭储量为 8750 亿吨，但是能够开采的量仅为 500 亿吨，再经过五十年，开采煤炭将变得越来越困难，同时我国的石油和天然气资源，再开采百年也将枯竭。发展可再生能源对于我国的重要性不言而喻，鉴于目前的能源情况，我国政府制定了相关的能源规划。风力发电技术是可再生能源发电技术的重要组成部分，也是我国“十一五”重点强调开发的发电技术之一，它对我国GPD持续稳定的增长具有重大意义^[3]。

1.2 国内外风力发电的现状和趋势