双馈感应风力发电机组低电压穿越技术的研究

摘要

随着风力发电装机容量日益增加，这种清洁能源引发的事故越来越严重。进入 2011年，西北电网、华北电网、东北电网都相继爆发了风力机组大规模脱网的事故。事故原因分析结果显示，主要原因是绝大多数双馈感应风力发电机组都不具备低电压穿越能力。为此，本文对双馈感应风力发电机组的低电压穿越技术展开研究。
　　首先基于双馈感应发电机组及其双PWM控制器的数学模型，根据传统的空间矢量控制策略，建立起系统的仿真模型。仿真分析了当电网电压跌落时双馈电机及其控制系统各电气量的暂态电磁反应。通过对仿真结果的分析总结，本文选择当电网电压小幅跌落时采用不添加硬件的控制策略下的低电压穿越技术，当电网电压深度跌落时采用主动式Crowbar电路以维持双馈机组持续并网运行。
　　当电网电压小幅跌落时，对网侧变流器和转子侧变流器建立精确的数学控制模型，并且转子侧采用定子磁链定向和网侧采用定子电压定向策略。这种控制策略通过控制变流器输出电流对各电气量的故障分量进行高速动态补偿，以达到低电压穿越的目的。
　　针对电网电压深度跌落时只通过控制策略已经不能保证双馈风电机组的并网运行，本文提出采用转子侧主动式 Crowbar 保护电路的方法，即当转子绕组出现过流时，迅速投入Crowbar电路，以快速衰减由电压跌落引发的定子磁链振荡和转子绕组的电流。最后，本文对其他影响 Crowbar 电路保护效果的因素如风速、无功输出、撬棒电阻的投切时机等也进行深入仿真分析。
　　最后设计了有继电器开关控制的基于电阻形式的电压跌落发生器，可以实现智能控制电压跌落时间和幅度。

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第一章 绪 论

§1-1 本课题研究的背景及意义

§1-2 双馈感应发电机组低电压穿越技术的研究现状

§1-3论文研究的主要内容

第二章 双馈感应发电机组的运行原理和控制策略研究

§2-1 引言

§2-2风电系统的最大风能捕获原理

§2-3 双馈感应发电机的数学模型

§2-4 双馈感应发电机控制策略的研究

§2-5 双馈感应发电机组稳态下仿真研究

§2-6 本章小结

第三章 基于控制策略的双馈感应发电机低电压穿越

§3-1 电网电压跌落下双馈感应发电机的动态响应

§3-2电网电压跌落下双馈感应发电机的动态响应仿真分析

§3-3本章小结

第四章 基于Crowbar保护的双馈感应发电机低电压穿越

§4-1 引言

§4-2 主动式Crowbar电路的结构及原理

§4-3 本章小结

第五章 电压跌落发生器的设计

§5-1 电压跌落发生器的原理

§5-2 电压跌落发生器驱动电路的设计

§5-3 电压跌落发生器仿真结果

第六章 结论

参考文献

致谢