风力发电系统低电压穿越特性的研究

论文摘要

近年来,在我国大力提倡发展新能源的政策指导下,风力发电产业得到了快速的发展,对电网的影响越来越大。在一些风电并网比例不高的电力系统中,当电网发生故障时,为了消除风电对电力系统的影响,要求电网电压降到一定的值时,风电系统可以自动从电网中切除,但是对于风电并网比例较高的电力系统而言,风电机组的自动脱网会造成电网电压的崩溃,带来巨大的经济损失。因此,随着风力发电对电力系统的影响不断增大,风力发电机组自动脱网不再适合新的电网运行规则,这就要求我们建立一个稳定可靠的风电并网运行系统,要求在电网发生故障时风力发电系统也能够保持不间断运行。风力发电技术领先的国家已经相继颁布了风力发电系统低电压运行的行业标准,指出电网发生故障时风力发电机也要保持并网运行,并在故障的过程中向电网发出一定的无功功率以帮助电网恢复正常运行。本文主要围绕直驱型风力发电系统的低电压穿越技术进行分析研究,对直流侧过电压保护与网侧功率控制策略等相关技术进行分析讨论。本文采用的风机并网系统框架结构包括风力机、整流器、Boost升压电路、Crowbar电路、逆变器并网。首先,本文了解风力机的基本特性,由风速到风轮输出机械转矩、功率的转换过程,在MATLAB7.0中建立风力机的仿真模型,对风力发系统中的风力机的基本特性进行仿真研究。其次,对SVPWM输出脉冲算法进行分析研究,实现在单位功率因数输出的情况下进行整流及升压电路的建模与仿真、逆变并网建模与仿真。接着交流侧采用电网电压定向矢量控制实现功率因数可调,并且逆变并网的有功功率和无功功率的解耦得到较好的控制。对电网电压发生三相对称跌落时直驱型风力发电系统网侧变流器的动态运行情况进行了详细的分析,直流侧增加耗能的Crowbar电路、网侧变流器运行在静止无功补偿模式,能够“穿越”电网故障时期,实现直驱永磁同步风力发电机组在电网发生对称故障时不脱网运行。并且提出了直驱永磁同步风力发电机在电网发生三相不对称故障时网侧变流器的运行策略,采用电网正负序电压分别定向矢量控制的策略抑制直流母线电压的波动。最后,在Protel DXP中完成IPM15RSH120驱动电路的设计,并且在基于TMS320F28335的平台下,对直驱型风力发电系统进行硬件电路分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 风力发电的研究现状
• §1-2 低电压穿越技术的研究现状
• §1-3 风力发电机组的研究现状
• 1-3-1 双馈型风力发电机的研究现状
• 1-3-2 直驱型风力发电系统的研究现状
• §1-4 论文的主要工作
• 第二章 直驱型风力发电系统分析与数学建模
• §2-1 风力机的特性分析
• 2-1-1 风能的计算
• 2-1-2 风力机的功率特性分析
• 2-1-3 风力发电机的控制
• §2-2 变流器的研究现状
• §2-3 直驱型风力发电系统变流器控制方法
• 2-3-1 机侧变流器控制方案
• 2-3-2 网侧变流器控制方案
• §2-4 本章小结
• 第三章 直驱型风力发电系统的控制技术
• §3-1 风力机模型的仿真
• §3-2 升压斩波电路分析
• 3-2-1 升压斩波电路的基本工作原理
• 3-2-2 升压斩波电路的建模与仿真
• §3-3 网侧变流器脉冲控制技术
• §3-4 本章小结
• 第四章 对称故障下直驱型风力发电系统低电压运行技术
• §4-1 典型的直驱型风力发电系统结构
• §4-2 直流侧CROWBAR 电路分析
• 4-2-1 直流侧Crowbar 电路分类
• 4-2-2 耗能Crowbar 电路的工作原理
• §4-3 直驱型风电系统故障下的STATCOM 运行模式分析
• §4-4 三相对称故障下的低电压运行仿真分析
• 4-4-1 单位功率下的运行特性分析
• 4-4-2 非单位功率下的运行特性分析
• 4-4-3 三相对称故障下的功率特性分析
• §4-5 本章小结
• 第五章 不对称故障下直驱型风力发电系统运行特性及系统硬件电路分析
• §5-1 不对称故障下直驱型风力发电系统运行特性
• §5-2 系统硬件电路分析
• §5-3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• §6-1 结论
• §6-2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢