双馈感应风力发电机低电压穿越的研究与仿真分析

论文摘要

目前大型变速恒频风力发电系统中双馈电机占了很大比重,随着双馈感应风力发电机组单机容量和装机容量的不断增大,发电机与电网的相互影响变的越来越重要。本文以双馈感应风电机组为研究对象,围绕电网发生电压跌落时风电机组动态响应及低电压穿越运行等问题进行了深入研究。主要内容如下：采用双馈风力发电机在同步旋转参考坐标系下的动态数学模型,对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统模型及变流器模型进行了建模分析。在此基础上分析了电网电压跌落时双馈感应风力发电系统的暂态过程,最后仿真比较了两种典型电网电压跌落情况下的动态响应情况。采用计及定子励磁电流动态过程的精确DFIG模型,根据定子磁链矢量定向控制原理,提出了电网电压跌落时双馈感应风电系统的低电压穿越控制策略,包括转子侧和网侧控制策略,并通过仿真验证了模型的正确性与控制策略的可行性。分析了主动式IGBT型Crowbar电路的拓扑结构以及电网电压跌落时Crowbar电路的作用。当电网发生大幅电压跌落时,采用IGBT型Crowbar实现双馈感应风力发电机大值低电压穿越并进行了Crowbar投切策略的仿真研究。分析了电网电压不对称对双馈感应发电机的影响,根据对称分量法,推导了双馈感应发电机的正、负序数学模型以及定子输出有功功率、无功功率和电磁转矩的组成。在此基础上提出正序电流分量跟踪控制策略,仿真结果验证了控制策略的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 风力发电技术概述
• 1.3 双馈感应风电系统的研究现状
• 1.3.1 双馈感应风电系统控制策略的研究
• 1.3.2 双馈感应风电系统低电压穿越的研究
• 1.4 仿真平台的选择
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 电压跌落时双馈感应风力发电机的动态响应
• 2.1 双馈感应风电系统及其数学模型
• 2.1.1 风力机的空气动力学模型
• 2.1.2 机械传动装置模型
• 2.1.3 双馈感应发电机的数学模型
• 2.1.4 变流器的数学模型
• 2.2 电压跌落时双馈感应风力发电机动态响应分析
• 2.2.1 电压跌落时双馈感应风力发电机的暂态过程分析
• 2.2.2 电压跌落时双馈感应风力发电机动态响应的仿真分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 双馈感应风电机组的低电压穿越控制策略和仿真分析
• 3.1 低电压穿越技术
• 3.2 计及电网电压变化的双馈感应风电机组的数学模型
• 3.3 双馈感应风电机组低电压穿越控制策略
• 3.3.1 转子侧变流器的控制策略
• 3.3.2 网侧变流器的控制策略
• 3.4 双馈感应风电机低电压穿越的仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 大值电压跌落时的主动式IGBT型Crowbar保护控制
• 4.1 主动式IGBT型Crowbar保护的原理
• 4.2 主动式IGBT型Crowbar保护的投切控制策略
• 4.2.1 仿真步骤
• 4.2.2 仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 双馈感应风电机组的不对称故障穿越控制策略和仿真分析
• 5.1 不对称电网电压产生的原因及其影响
• 5.2 电网电压不对称时双馈感应风力发电机的暂态过程分析
• 5.2.1 瞬时对称分量法
• 5.2.2 双馈感应风力发电机在正、负序下的数学模型
• 5.2.3 电网电压不对称时双馈感应风力发电机的功率分析
• 5.2.4 电网电压不对称条件下三相PWM整流器的功率分析
• 5.3 双馈感应风电机组的不对称故障穿越控制策略
• 5.3.1 转子侧变流器的控制策略
• 5.3.2 网侧变流器的控制策略
• 5.4 双馈感应风电机不对称故障穿越的仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本论文的结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目