电网故障下并网双馈感应风力发电机组暂态特性分析及仿真

论文摘要

作为智能电网建设的重要组成部分,新能源发电特别是风力发电受到了越来越多的关注。由于新的电网运行准则要求电网故障期间风电机组必须保持一定时间的并网运行,其提供的短路电流会直接影响到继电保护装置的正常运行以及电气设备的安全。特别是目前广泛应用的双馈风力发电机组（doubly-fed induction generator,DFIG）,由于其运行特性对电网具有较强的依赖性,接入配电网后其提供的短路电流会直接受到配电网运行工况的影响,配电网的短路电流特性也将变得十分复杂。基于此,本文对双馈风力发电机组暂态特性及其短路电流计算进行了研究,具体完成了以下研究工作:①介绍了双馈风力发电机组的特点及其在变速恒频风力发电系统中的优势,分析了双馈风力发电机组的基本结构和主要部件的作用,并基于双馈风力发电机组数学模型及其控制策略,搭建了基于RTDS的双馈风力发电机组实时仿真平台。②由于并网型双馈风力发电机组的运行特性对电网具有较强的依赖性,外部故障时双馈风力发电机组提供的短路电流会直接受到配电网运行工况的影响。因此,本文基于Park发电机模型推导了电网发生对称短路和非对称短路情况下并网型双馈风力发电机组提供的短路电流表达式,并分析了电网故障时双馈风力发电机组的故障电流特征。然后,利用RTDS搭建的双馈风力发电机组仿真模型进行算例仿真,验证了其短路电流表达式的正确性。③随着风电接入,配电网由单电源转化为多电源网络,原有的某些继电保护系统可能会出现拒动或误动。本文利用RTDS搭建的双馈风力发电机组实时仿真模型,仿真分析了双馈风力发电机组并入配电网后,双馈风力发电机组接入点上下游及相邻馈线分别发生短路故障时,其提供的短路电流对原有配电网过流保护的影响;④为了改善风电机组的电压特性,已提出在风电机组出口装设SVC进行电压调节,但对于增加SVC后系统的暂态特性尚未进行较深入的研究。文中首先分析了SVC阻抗特性,并利用RTDS仿真平台搭建了含SVC双馈风电机组的实时暂态仿真模型,仿真分析了电网侧发生不同故障时,SVC对DFIG机端电压和短路电流特性的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 风力发电技术发展现状
• 1.2.2 风力发电对配电网暂态特性的影响研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 基于 RTDS 的双馈感应风电机组实时仿真模型
• 2.1 引言
• 2.2 电力系统实时数字仿真器RTDS 简介
• 2.3 双馈感应风力发电机组基本结构
• 2.4 风力机仿真模型
• 2.4.1 风力机数学模型
• 2.4.2 风力机及浆距角控制策略
• 2.5 双馈电机及变频器驱动系统模型
• 2.5.1 双馈感应发电机在三相静止坐标系下的数学模型
• 2.5.2 双馈感应发电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型
• 2.5.3 PWM 变流器数学模型
• 2.5.4 双馈电机及变频器驱动系统模型
• 2.6 网侧变流器控制策略
• 2.7 转子侧变流器控制策略
• 2.7.1 定子磁场定向矢量控制策略
• 2.7.2 磁链观测器
• 2.8 系统其他部分
• 2.9 DFIG 仿真模型验证
• 2.9.1 稳态运行仿真验证
• 2.9.2 变浆控制仿真验证
• 2.9.3 功率追踪仿真验证
• 2.10 本章小结
• 3 并网型双馈感应风电机组短路电流计算及仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 并网型双馈风电机组短路电流计算方法
• 3.2.1 双馈风电机组在电网对称短路情况下的短路电流计算
• 3.2.2 双馈风电机组在电网不对称短路情况下的短路电流计算
• 3.3 短路点不同位置时，DFIG 对配电网馈线暂态电流的影响
• 3.4 本章小节
• 4 含 SVC 双馈感应风电机组暂态输出特性仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 SVC 基本原理
• 4.3 SVC 控制策略
• 4.4 含SVC 双馈感应风电机组模型
• 4.5 含SVC 双馈感应风电机组暂态仿真研究
• 4.5.1 系统三相短路情况
• 4.5.2 系统两相短路情况
• 4.6 本章小节
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文