双馈风力发电机故障穿越能力的研究

摘要

随着传统能源的日益枯竭以及人们环保意识的增强，新能源的开发使用已经引起全球的重视。而风能作为一种具有代表性的新能源拥有很多的优点，各国对风力发电的研究也由来已久。作为风力发电系统的主要组成部分，风力发电机及其变流系统的控制是风力发电的关键技术。
　　本文首先研究了双馈风力发电机(DFIG)的数学模型和坐标变换，在此基础上建立了DFIG的仿真模型，并使用数学模型以及仿真模型研究了电网故障对电机的不利影响，为之后双馈风力发电机故障穿越能力的研究提供了理论基础。
　　在此基础上本文对双馈风力发电的故障穿越能力进行了研究，针对国家电网公司提出的低电压穿越要求设计了用于DFIG低电压穿越的硬件辅助电路并进行了实验。
　　此外，针对不同工况下的DFIG的变流器设计了适合的控制策略，其中网侧使用了基于双同步坐标系的软件锁相环技术的双电流环控制策略，能够较好地达到既定的控制目标。转子侧变流器部分则针对定子磁链观测器的设计进行了改进。

目录

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摘要

插图目录

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外风力发电的发展现状

1．2．1 全球风力发电的发展现状

1．2．2 国内风力发电的发展现状

1．3 低电压穿越技术进展

1．4 本文主要研究内容

第二章 双馈风力发电机的数学模型以及仿真模型的建立

2．1 风力机的基本研究

2．2 双馈风力发电机的数学模型

2．2．1 三相静止坐标系下的数学模型

2．2．2 两相旋转坐标系下的数学模型

2．3 双馈风力发电机仿真模型的建立

2．4 电网发生跌落故障时双馈风机暂态过程的分析及仿真

2．4．1 电网发生三相对称故障时的情况

2．4．2 电网发生不对称故障时的情况

2．4．3 电网发生跌落故障时的电机反应的仿真

2．5 本章小结

第三章 电网故障时双馈风力发电机变流器的控制策略

3．1 PWM变流器的数学模型

3．1．1 三相静止坐标系下的数学模型

3．1．2 两相旋转坐标系下的数学模型

3．2 电网平衡时网侧变流器的控制策略

3．3 电网发生不平衡故障时网侧变流器的控制策略

3．3．1 经典控制策略在应对电网不平衡故障时存在的不足

3．3．2 电网发生不平衡故障时网侧变流器的控制策略

3．3．3 基于双同步坐标系的软件锁相环技术

3．3．4 电网不平衡故障时网侧变流器控制策略的仿真及实验结果

3．4 转子侧变流器的控制策略

3．4．1 转子侧变流器控制策略的介绍

3．4．2 定子磁链观测器的改进设计思路

3．5 本章小结

第四章 双馈风力发电机低电压穿越的实现方法

4．1 改进控制策略实现LVRT的方法

4．2 增加硬件辅助电路实现LVRT的方法

4．2．1 转子侧Crowbar电路

4．2．2 直流侧Chopper电路

4．3 Crowbar电路的设计及实验结果分析

4．3．1 Crowbar电阻的选取

4．3．2 IGBT吸收回路的设计

4．3．3 Crowbar电路的设计

4．4 本章小结

第五章 全文总结

致谢

参考文献