基于PSCAD的双馈风力发电机组的并网运行特性研究

论文摘要

风能作为一种可持续发展的新能源,有着改善能源结构,经济环保等方面的优势,越来越受到各国的重视。随着风电装机容量的不断增长以及大容量风电场的不断出现,风电对电网的影响将不可忽视,研究风电机组的运行特性进而分析其对电网及发电机自身的影响对保证风电机组并网的安全可靠运行都具有重要的意义。而双馈风电机组作为现在主流机型之一,其并网后对电网稳定性的影响这一课题也得到了更多学者的关注。本文首先介绍了变速恒频双馈风力发电机组的基本结构和工作原理,并在此基础上建立了变速恒频双馈风力发电机在dq同步旋转坐标系下的数学模型以及风力发电系统其它各部分的数学模型。接着以PSCAD软件中搭建的系统的模型为基础,在随机风扰动下,对单台机组动态特性进行了仿真分析。仿真结果验证了双馈风力发电机机组模型的正确性和控制目标设计的合理性。又以某风电场及其接入系统为例,在风速扰动和系统侧三相短路故障的情况下,对风电场内的两种不同机组(变速恒频双馈风电机组和传统定桨距恒速异步风电机组)的运行特性进行仿真。通过仿真结果对比分析可以看出,双馈型变速恒频风力发电机组比现有的异步风力发电机组具有很多的优越性,前者具有快速的动态响应特性和良好无功调节能力。最后,基于Crowbar保护电路的方法,对系统故障时双馈感应风力发电机组运行特性进行了仿真,通过与无保护下的机组运行特性对比分析,验证了Crowbar保护的有效性,实现了电网故障时基于Crowbar的双馈感应风力发电机的低压穿越运行。通过研究表明了变速恒频双馈风力发电机系统具有良好的动态特性和稳定性,为变速恒频风力发电系统的进一步应用研究提供了可靠的理论依据,并为变速恒频双馈风电机组在大型并网风电场中的应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国外风力发电的发展现状
• 1.2.1 国外风力发电的发展现状
• 1.2.2 国内风力发电发展现状
• 1.3 风力发电机组并网运行特性的研究现状
• 1.3.1 典型风电机组类型介绍
• 1.3.2 风电机组并入电网面临的技术问题
• 1.3.3 国内外研究现状
• 1.5 论文主要工作
• 第二章 双馈风力发电机组的运行理论
• 2.1 双馈式感应发电机的基本原理
• 2.1.1 双馈式感应发电机的主要特点
• 2.1.2 双馈风力发电机组变速恒频运行的基本原理
• 2.2 双馈风力发电机系统的基本结构
• 2.3 双馈风力发电机的T 型等效电路
• 2.4 双馈风力发电机的功率关系
• 第三章 双馈风力发电系统的数学模型
• 3.1 风速模型
• 3.2 风力机模型
• 3.3 双馈发电机的动态数学模型
• 3.4 变流器模型
• 3.5 控制部分模型
• 3.5.1 转子侧变流器矢量控制
• 3.5.2 网侧变流器矢量控制
• 3.5.3 变桨距控制模型
• 3.6 STATCOM 模型
• 第四章 双馈风电机组接入电网的运行特性
• 4.1 双馈风电机组单机运行特性
• 4.2 双馈风电机组并网运行特性
• 4.2.1 风速扰动下风电机组的动态仿真
• 4.2.2 系统侧故障下风电机组的动态仿真
• 4.2.3 无功补偿装置STATCOM 作用下风电机组的动态仿真
• 第五章 双馈风电机组的低电压穿越特性
• 5.1 低电压穿越技术
• 5.2 实现低电压穿越（LVRT）的方法
• 5.3 基于 Crowbar 保护的双馈风电机组 LVRT 仿真
• 5.3.1 Crowbar 的控制原理
• 5.3.2 双馈机组的LVRT 仿真结果分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A PCSAD 中的仿真模型
• 在校研究成果
• 致谢