双馈风力发电机组及其低电压穿越技术研究

论文摘要

我国风力发电产业近年来发展迅猛，并网容量也在逐渐增大，在电网中所占的比例也在逐年增加。单个风机容量也在不断增大从原来的1MW发展到5MW，6MW风机今年6月份在华锐风电正式下线。变速恒频并网方式逐渐取代传统的恒速恒频并网，变速恒频主要包括两大主流机型，即双馈感应风力发电机组和直驱永磁同步发电机组。本文主要对双馈感应风力发电机组进行了详细的描述。首先对风轮进行了阐述，风轮吸收的功率主要取决于风速，风轮半径和风能利用系数。风能利用系数主要取决于桨距角和风轮的叶尖速比。其次通过对双馈发电机数学模型分析，提出了矢量控制算法。通过检测转子d、q轴电流构成了电流内环控制。通过转矩和定子有功功率构成功率外环。通过检测发电机转子d、q轴电流利用矢量控制算法产生PWM脉冲触发双向PWM变流器的开通。双馈发电机其优势是功率因素可调或接近1电流为正弦波形。最后通过双馈电机物理模型搭建了其仿真模型，验证了其有功、无功功率的独立解耦控制。通过对其发生定子端电压跌落双馈电机暂态性能分析，在电压跌落过程中必须对双馈电机过压过流采取保护措施。否则，会对双馈电机和变流器造成损害。通过软件和硬件方法实现电压跌落过程中的成功穿越。在传统的基于转子crowbar旁路电阻不足的前提下，提出了新型电压穿越方法。该方法优于传统的基于crowbar旁路电路。能快速抑制和衰减转子过电流，在无需多增加硬件的前提下，如RSC和GSC容量相同，最大无功电流注入量是常规的2倍。双馈发电机物理上与RSC脱离，不会对RSC造成过压危险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 世界风力发电的现状与发展趋势
• 1.2 我国风力发电的发展趋势与现状
• 1.3 两大主流风力发电机型的现状
• 1.4 风力发电功率调节技术
• 1.4.1 变桨距功率调节与定桨距失速功率调节
• 1.4.2 主动失速调节方式是前两种功率调节方式的组合
• 2 风轮模拟的数学模型
• 2.1 风轮的特性分析
• 2.2 叶尖速比
• 2.3 风能利用系数与叶片特征的关系
• 2.3.1 风能利用系数的数学模型
• 2.3.2 影响风能利用系数的主要因素
• 2.3.3 风力机模型及其仿真图
• 3 双馈风力发电机组及其数学模型
• 3.1 PWM 整流 PWM 逆变电压源型变流器
• 3.2 双馈电机工作原理
• 3.3 双馈异步电机稳态运行分析
• 3.4 双馈发电机运行状态与能量流向
• 3.5 双馈电机数学模型
• 4 双馈风力发电机组矢量控制
• 4.1 双馈电机在d-q坐标系统的基本方程
• 4.2 双馈发电机定子磁链定向矢量控制
• 4.3 定子无功功率的控制
• 4.4 转子电流控制和前馈环节的计算
• 4.5 小结
• 5 低电压穿越技术
• 5.1 双馈风力发电机电网电压跌落过程中暂态性能及控制方法
• 5.2 低电压穿越软件实现方法
• 5.3 低电压穿越的硬件方法
• 5.3.1 转子侧方法
• 5.3.2 直流母线方法
• 5.3.3 定子侧方法
• 5.3.4 变桨距技术
• 5.4 Crowbar 电路阻值的选取
• 5.4.1 不同 Crowbar 电阻发电机特性
• 5.4.2 小结
• 5.5 新型故障穿越控制策略
• 5.5.1 新型 FRT 控制策略的优点
• 5.5.2 双 PWM 变频器的暂态控制
• 5.5.3 两种控制策略优缺点对比
• 5.5.4 小结
• 5.6 双馈型风力发电系统的低电压运行特性
• 5.6.1 仿真验证
• 6 双馈异步风力发电机实验结果及分析
• 6.1 实验系统简介
• 6.2 实验系统主电路相关参数
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢