不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能提升方法研究

摘要

随着化石燃料的不断消耗以及可再生能源的迅猛发展，大规模风电场的接入已成为能源战略转变的方向之一。然而，风电渗透率的不断提升，给电网的稳定性和灵活性带来了更多的困难。现代风力发电技术要求风电场具有更强的抵御电网风险的能力。
　　针对风电场并网标准要求，风电机组在电网故障下应具有相应的不脱网运行能力。低电压穿越是并网风电发展的关键技术，而撬棒保护电路是实现低电压穿越的有效方法之一。但是，撬棒电阻取值、切除时间以及直流母线电压稳定影响着风电机组的低电压穿越性能。如何设计撬棒保护方案及其控制策略俨然成为亟待优化的问题。
　　介绍了全球能源发展概况，我国能源战略方向及相关背景，分析了风能在未来能源结构中的特殊地位，给出了风力发电的发展背景和现阶段研究进展，同时介绍了储能技术的发展现状以及在现代电力系统中的应用，预测了储能技术未来的发展前景和方向;针对风力机的机械结构，分析了其能量转换过程，建立了双馈异步感应电机在不同坐标下的数学模型，采用对称分量法来分析不对称故障对风电机组低电压穿越的影响，讨论电力系统发生不同故障类型对风机暂态稳定性的影响;给出了撬棒保护电路的分类和在电网故障下的工作原理，并分析其对双馈感应电机转子侧和网侧变流器的影响。
　　分析了撬棒电路阻值和投入时间对风电机组低电压穿越的影响，提出基于转子负序电流的撬棒切除时刻判定依据，比较此种判定法与传统定时长撬棒切除法对风电机组低电压穿越的影响，并引入了对称故障撬棒切除法作为后备保护，有效的提高了电网不对称故障下撬棒保护装置的响应速度，改善了转子侧撬棒故障穿越的性能;分析储能技术在风力发电领域的应用，比较现有储能装置的特点及应用场合，提出基于超级电容器充放电的直流母线稳压方法，并比较了与传统直流撬棒稳压作用的不同，起到了电网故障下直流母线的功率平衡和稳定电压的作用，提高了风电场抵御风险的能力;运用电力系统仿真软件DIgSILENT，搭建双馈风电机组实验模型，通过综合仿真分析，验证了本文提出的撬棒切除时刻判定依据和直流母线稳压方法的合理性，有效的提高了双馈风电机组故障穿越性能，为大型风力发电并网实施提供理论参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 全球能源发展现状

1．1．2 风能的发展和现状

1．1．3 课题研究意义

1．2 风力发电并网简介

1．2．1 风力发电机分类

1．2．2 风电并网接入标准

1．2．3 电网故障穿越研究背景

1．3 储能技术简介

1．3．1 储能技术及其分类

1．3．2 储能技术在电网中的应用

1．3．2 超级电容器研究背景

1．4 本文的主要工作

2 双馈风电机组模型及暂态分析

2．1 风力机模型

2．2 双馈感应电机模型

2．2．1 DFIG物理模型

2．2．2 三相静止坐标系下DFIG数学模型

2．2．3 dq轴旋转坐标系下DFIG数学模型

2．3 电网故障下DFIG运行分析

2．3．1 电网故障类型

2．3．2 对称分量法

2．3．3 电网不平衡下DFIG等效模型

2．4 本章小结

3 撬棒保护电路及负序电流法

3．1 撬棒装置结构及分类

3．2 撬棒装置故障穿越运行

3．3 撬棒投切负序电流判别法

3．4 本章小结

4 超级电容器组件及直流稳压

4．1 超级电容器及其结构

4．2 超级电容器充放电特性

4．3 双向DC／DC变换器控制原理

4．4 本章小结

5 综合仿真分析

5．1 仿真系统简介

5．2 撬棒切除时刻和阻值选取

5．3 撬棒切除时刻判定仿真分析

5．4 超级电容器接入特性分析

5．5 各种不对称故障下LVRT综合分析

5．6 本章小结

6 结论和展望

6．1 本文结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

附录