双馈感应式风力发电机组低压穿越技术研究

论文摘要

随着大规模集中型并网风电场以及风力发电容量占电力系统的比重越来越大,而电网建设速度的相对落后,风力发电对电网安全与稳定性的影响不容忽视。各国纷纷建立符合各自国情的低电压穿越标准。双馈感应式风力发电机在承受电网故障时有一定的缺陷,因此研究DFIG低电压穿越技术具有很重要的意义。本文以双馈感应式风力发电机为研究对象,对其工作原理进行分析,建立DFIG系统中风速、风力机、传动机构、双馈感应发电机以及变流器的数学模型。建立了DFIG有功、无功功率解耦的双闭环矢量控制数学模型,推导了在电压跌落条件下的暂态相电流数学模型,对三种不同故障引起的电压跌落,双馈感应式风力发电机低电压运行特性进行了仿真研究,结果表明:电压跌落幅值较低的条件下,DFIG原有的控制可以实现低压穿越穿越,在大值电压跌落下,产生的过电流、过电压会对其安全造成严重的威胁。为了提高DFIG的低电压穿越能力,本文采用了转子侧Crowbar保护电路和直流侧耗能电路两种实现措施。最后对影响保护效果的三种因素进行了仿真和分析。仿真结果表明采取转子侧和直流侧的保护可以有效抑制电压跌落期间出现的转子侧过电流和直流侧电容过电压,达到保护DFIG变流器,能够较好的实现低电压穿越,从而应对电网的新要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 低电压穿越国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 双馈感应式风力发电机组数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 双馈式感应式风力发电机工作原理分析
• 2.3 风速模型的建立
• 2.4 风力机模型的建立
• 2.5 传动机构模型的建立
• 2.6 双馈感应式发电机模型
• 2.6.1 双馈发电机稳态等效数学模型
• 2.6.2 三相静止坐标系（abc）下双馈发电机数学模型
• 2.6.3 dq0 坐标系下双馈发电机数学模型
• 2.7 网侧变流器模型
• 2.8 小节
• 第三章 DFIG 矢量控制策略及低电压运行特性分析
• 3.1 DFIG 系统双闭环矢量控制策略
• 3.2 DFIG 定子暂态相电流数学模型
• 3.3 DFIG 低电压运行响应特性分析与仿真
• 3.3.1 电压跌落的概念
• 3.3.2 单相接地故障下 DFIG 电压跌落特性及分析
• 3.3.3 两相短路故障下DFIG 电压跌落特性及分析
• 3.3.4 三相短路故障下两相短路故障下DFIG 电压跌落特性及分析
• 3.4 小结
• 第四章 基于转子侧Crowbar 保护电路的DFIG 系统低压穿越技术研究
• 4.1 低压穿越概念及其并网标准
• 4.2 转子侧Crowbar 保护电路的保护原理
• 4.2.1 被动保护型的Crowbar 电路及原理
• 4.2.2 主动保护型的Crowbar 电路及原理
• 4.3 转子侧Crowbar 电路仿真研究
• 4.4 Crowbar 投入时刻对保护效果的影响
• 4.5 旁路电阻大小对Crowbar 保护效果的影响
• 4.6 电压跌落幅值大小对Crowbar 保护效果的影响
• 4.7 小节
• 第五章 其他提高DFIG 低电压穿越能力技术探讨
• 5.1 耗能电路改善直流侧过电压
• 5.1.1 直流侧耗能电路原理
• 5.1.2 耗能电路控制方式
• 5.2 定子侧保护电路
• 5.3 无功补偿与桨距角控制改善低压穿越能力
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间发表的论文
• 致谢