变速恒频双馈感应风力发电机低电压穿越能力的仿真分析

论文摘要

随着大规模集中型并网风电场的建设,风力发电容量占电力系统的比重越来越大,风电机组与电网之间的相互影响也越来越大,风力发电对电网安全与稳定性的影响不容忽视。各国纷纷根据自身的国情建立低电压穿越的标准。双馈感应式风力发电机定子直接并网,这种结构不能分离DFIG与电网之间的联系,导致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,首先推导了DFIG在定子电压跌落时的暂态数学模型,并对电网电压跌落时双馈感应风力发电机的暂态性能进行了分析。其次,在建立DFIG系统中风力机、双馈感应发电机以及变流器的数学模型的基础上,研究了定子磁链定向和电网电压定向的矢量控制策略并加以改进,利用Matlab/Simulink平台搭建了变速恒频双馈感应风力发电系统。然后对电网电压跌落情况下DFIG的响应特性进行了理论分析,并进行了仿真验证。在不同程度和不同故障引起的电压跌落的情况下,对双馈感应风力发电机的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,但在大值电压跌落时,产生的过电流、过电压会对其安全造成严重的威胁。最后,为了提高DFIG的低电压穿越能力,本文研究了转子侧Crowbar保护电路,并对影响保护效果的几种因素进行了仿真和分析。仿真结果表明,采取转子侧Crowbar保护电路可以有效抑制电压跌落期间出现的转子侧过电流,达到保护DFIG变流器,较好的实现低电压穿越的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 电网故障时双馈感应风力发电机的暂态性能分析
• 2.1 电压跌落时双馈感应发电机的暂态数学模型
• 2.2 机端短路故障时双馈感应发电机的定、转子磁链分析
• 2.3 电网电压骤降时转子产生过电流与过电压的原因
• 2.4 电压跌落时直流母线电压的响应
• 2.5 本章小结
• 第3章 双馈感应风力发电机的数学模型及控制策略
• 3.1 双馈感应风力发电机的数学模型
• 3.1.1 风力机模型
• 3.1.2 双馈感应发电机的数学模型
• 3.2 网侧变换器的控制策略
• 3.2.1 网侧变换器的数学模型
• 3.2.2 电网电压定向的矢量控制
• 3.3 转子侧变换器的控制策略
• 3.4 电网电压跌落情况下DFIG的运行特性分析与仿真验证
• 3.4.1 电压跌落期间
• 3.4.2 电压恢复期间
• 3.4.3 仿真验证
• 3.5 变换器励磁控制策略的改进
• 3.5.1 网侧变换器控制策略的改进
• 3.5.2 转子侧变换器控制策略的改进
• 3.6 本章小结
• 第4章 双馈感应风力发电机的低电压穿越能力的仿真
• 4.1 引言
• 4.2 典型的风电标准对LVRT的要求
• 4.3 电网电压平衡条件下电压跌落时DFIG的响应特性
• 4.4 电网电压不对称跌落时DFIG的响应特性
• 4.5 本章小结
• 第5章 双馈感应风力发电机的外围保护电路
• 5.1 DFIG风力发电系统的保护电路
• 5.2 基于转子侧Crowbar保护电路的DFIG系统低压穿越的研究
• 5.2.1 Crowbar电路不同投切时间对LVRT的影响分析
• 5.2.2 Crowbar电路不同电阻阻值对LVRT的影响分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表