双馈感应发电机低电压穿越的控制策略研究

摘要

变速恒频双馈感应发电机是当今中小型风电场的主流机型，其具有能量转换效率高、励磁换流器容量小等优点。随着风电装机容量日益增大，风力发电机与电网的交互影响日益凸现。研究双馈感应发电机的暂态特性，分析其对电网影响，这对保证风电机组并网的可靠运行具有极大的意义。本文基于PSCAD/EMTDC平台，以双馈发电系统作为研究对象，针对电网发生电压骤降时风电机组暂态响应以及低电压穿越不间断运行等问题进行研究。本文研究工作如下:
　　 在同步旋转参考坐标下针对双馈发电系统，建立了风电机组的空气动力学模型、机械传动装置系统模型、换流器模型。在这些模型基础上分析了电网电压骤降时双馈感应风力发电系统的暂态过程，最后分析比较了两种典型电网电压骤降情况下双馈电机的暂态响应情况。
　　 采用计及定子励磁电流暂态过程的精准DFIG模型，基于定子磁链矢量控制原理，提出电网电压小幅骤降时双馈发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，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IGBT型Crowbar装置的拓扑结构以及在电网骤降时其作用，当电网大幅骤降时进行Crowbar投切策略的仿真研究，通过与无保护下的机组运行特性对比分析，验证了Crowbar保护的有效性，实现了电网故障时基于Crowbar的双馈感应风力发电机的低压穿越运行。
　　 最后分析了电网不对称故障时对双馈感应电机的影响，在对称分量法的基础上推导了双馈感应电机的正、负序数学模型以及定子输出有功、无功和电磁转矩的构成。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优良性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 风力发电背景及意义

1．1．1 国内外风力发电现状

1．2 风力发电技术概述

1．2．1 风力发电并网技术研究现状

1．2．2 双馈感应发电机低电压穿越技术研究

1．3 本文的工作

第二章 电压骤降时双馈感应电机的暂态响应

2．1 双馈感应发电系统及其数学模型

2．1．1 风的功率数学模型

2．1．2 风力机输出功率数学模型

2．1．3 机械传动模型

2．1．4 双馈感应发电机的数学模型

2．1．5 换流器数学模型

2．2 电压骤降时双馈感应发电机的暂态过程分析

2．3 电压骤降时DFIG暂态响应仿真

2．4 本章小结

第三章 小幅电压骤降时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 电网电压变化的双馈感应电机数学模型

3．3 双馈感应发电机低电压穿越控制策略

3．3．1 转子侧换流器的控制策略

3．3．2 网侧换流器的控制策略

3．4 小幅电压骤降时双馈感应发电机低电压穿越的仿真分析

3．5 本章小结

第四章 大幅电压骤降时低电压穿越控制策略和仿真分析

4．1 主动式IGBT型Crowbar保护原理

4．2 主动式IGBT型Crowbar保护的投切控制策略

4．2．1 Crowbar投切策略仿真

4．2．2 仿真结果分析

4．3 本章小结

第五章 不对称故障时低电压穿越控制策略和仿真分析

5．1 不对称电压产生的原因及其影响

5．2 电网不对称故障时DFIG的暂态响应过程

5．2．1 双馈感应发电机在正、负序下的数学模型

5．2．2 不对称电网电压DFIG的功率分析

5．2．3 电网电压不对称条件下三相PWM换流器的功率分析

5．3 双馈感应发电机在不对称故障时的穿越控制策略

5．3．1 转子侧换流器的控制策略

5．3．2 网侧换流器的控制策略

5．4 双馈感应发电机在不对称故障时的穿越仿真分析

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

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致谢