基于故障限流器的异步化超高压发电机低电压穿越研究

摘要

异步化超高压发电机（Asynchronized Extra High Voltage Generator，AEHVG）作为一种将异步化同步发电机和超高压发电机结合的新型发电机，兼具二者优点。AEHVG定子绕组采用圆形交联聚乙烯电缆导体，具有定子输出电压高、容量大的特点，可变速恒频运行，在抽水蓄能和风力发电领域具有良好应用前景。由于AEHVG对电网电压波动敏感，根据我国风电场接入电力系统技术规定，风力机组遭遇电网电压跌落时，不能简单地从电网中切除，因此有必要提高AEHVG风力发电机的低电压穿越能力（Low Voltage Ride Through，LVRT）。
　　本文主要对AEHVG风力发电机的低电压穿越能力进行研究分析。首先建立AEHVG风力发系统数学模型，包括风机空气动力学模型、AEHVG数学模型以及变换器模型，在此基础上确定AEHVG风力发电机控制策略;又建立了AEHVG暂态数学模型，分析其遭受电网电压对称跌落和不对称跌落（包括单相短路和相间短路）情况下，各电气量的暂态响应。然后利用MATLAB/Simulink，分别对遭受电网电压对称跌落和不对称跌落的AEHVG风力发电机进行仿真分析，研究其对电网电压跌落敏感程度及对风力发电机的影响。
　　为了提高AEHVG风力发电机低电压穿越能力，本文提出一种分段投切桥式故障限流器(Segmented Switching Bridge-type Fault Current Limiter，SSBFCL)。对加装SSBFCL的AEHVG风力发电机在各种电网电压故障条件下进行仿真，并将SSBFCL与传统Crowbar电路进行对比，分析SSBFCL对AEHVG风电系统在单相故障、相间故障以及不同深度电网电压对称跌落时低电压穿越能力的提升。结果表明AEHVG风力发电机对低电压跌落敏感，SSBFCL能有效提高AEHVG的低电压穿越能力，并且SSBFCL低电压保护效果比Crowbar电路保护效果更好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 研究现状

1．2．1 异步化超高压发电机研究现状

1．2．2 风力发电机低电压穿越研究现状

1．3 论文主要内容

第2章 AEHVG风力机工作原理及其系统建模

2．1 异步化超高压发电机基本工作原理

2．2 风力机空气动力学

2．3 异步化超高压发电机数学模型

2．3．1 三相静止坐标系中发电机数学模型

2．3．2 同步旋转坐标系中发电机数学模型

2．4 网侧变换器数学模型

2．5 转子侧变换器数学模型

2．6 本章小结

第3章 AEHVG电网低电压下瞬态响应分析

3．1 AEHVG暂态数学模型

3．2 电网电压对称跌落AEHVG响应分析

3．3 电网电压不对称跌落AEHVG响应分析

3．3．1 电网电压单相跌落AEHVG响应分析

3．3．2 电网电压相间跌落AEHVG响应分析

3．4 电网电压跌落下AEHVG与DFIG穿越能力对比

3．4．1 AEHVG在各种电压跌落条件下仿真分析

3．4．2 双馈感应电机各种电压跌落条件下仿真分析

3．4．3 AEHVG与DFIG穿越能力对比

3．5 本章小结

第4章 分段投切桥式故障限流器及其性能分析

4．1 分段投切桥式故障限流器保护装置结构

4．2 分段投切桥式故障限流器工作原理

4．3 加装SSBFCL的AEHVG风电场仿真模型

4．4 不同跌落条件下SSBFCL低电压穿越能力分析

4．4．1 电网电压对称跌落时SSBFCL保护性能

4．4．2 电网电压不对称跌落时SSBFCL保护性能

4．5 加装Crowbar电路的AEHVG风电场仿真模型

4．6 不同跌落条件下Crowbar低电压穿越能力分析

4．6．1 电网电压对称跌落时Crowbar保护性能

4．6．2 电网电压不对称跌落时Crowbar保护性能

4．7 SSBFCL和Crowbar电路两种穿越方法的比较

4．8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的相关成果

致谢