电网故障下双馈风电机组低电压穿越控制策略研究

摘要

随着能源的缺乏、环境的污染，风电等洁净、可再生能源电能大规模并网将成为一种发展趋势，但是风电出力的时变特性、电网事故的频繁性、风电脱网等严重影响电力系统的安全运行。极具有挑战性的要求是在外部电网故障下，双馈异步风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)应保持不脱网运行，不断向电力系统供电，帮助电网能够及时从故障中恢复，并具有一定的无功和电压控制能力。因此，在电网故障下开展DFIG低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力的控制策略研究，具有重要的理论意义和工程应用价值。本文研究重点如下：
　　(1)针对电网严重故障，通过引入Crowbar保护电路来实现LVRT。为防止Crowbar电路投入时间过长，导致机组机电暂态过程紊乱，进而引起风电机组超速而脱网，本文设计了一种Crowbar主动动作和退出判据。通过仿真分析了不同Crowbar阻值对DFIG的LVRT能力的影响，结果表明在合理的Crowbar阻值范围内，Crowbar阻值越大，越有利于系统的稳定，更好实现机组故障穿越运行。
　　(2)当DFIG并网处发生短路故障时，基于传统Crowbar技术的DFIG低电压穿越能力较低，须从电网吸收大量的无功功率，机端电压难以恢复。针对这一技术弊端，提出一种改进的综合控制策略。首先在原有Crowbar技术的基础上引入直流卸荷电路(DC-Chopper)，在故障时能够抑制直流母线过电压和转子侧过电流，其次在转子侧变换器引入一个定子励磁电流的微分补偿项控制，以提升机组系统轴系机械应力。当电网发生严重故障时，改进的网侧变换器控制策略可将正常运行模式切换到无功支撑模式，从而补偿系统所需无功并为电网提供部分的无功功率。仿真结果表明，在不同电压跌落程度下，提出的控制策略均能提高DFIG的低电压穿越能力。
　　(3)针对某个风电场故障对相邻风电场无功功率和电压跌落产生影响，本文考虑到风电场有功、无功出力较大，Crowbar电路连锁投入会从电网吸收更多无功功率。本文加入STATCOM无功补偿装置协调控制，并提出了一种基于LVRT的相邻风电场无功和电压协调控制策略。仿真结果表明，采用所提的控制策略能提高相邻风电场的故障电压，补偿风电机组无功输出能力，从而验证了该协调控制策略的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2电网故障下风电机组运行研究的必要性

1.3 双馈风电机组低电压穿越研究现状

1.4本文主要研究内容

2 双馈风力发电系统模型及运行控制

2.1双馈风力发电系统结构和基本原理

2.2 双馈风电系统的数学模型

2.3 双馈风力发电机的功率流动关系

2.4 网侧PWM变换器及其控制

2.5本章小结

3 双馈风电机组低电压穿越改进控制策略

3.1我国风力发电对低电压穿越要求

3.2 Crowbar保护原理

3.3 电网电压对称跌落时DFIG故障分析

3.4基于Crowbar保护的DFIG短路故障时的运行特性

3.5 DFIG实现LVRT的改进综合控制策略

3.6 仿真研究

3.7 本章小结

4 基于LVRT的相邻风电场之间无功电压协调控制

4.1 STATCOM的电路结构和工作原理

4.2 相邻风电场之间无功电压协调控制

4.3 仿真研究

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢