双馈风机低电压穿越技术研究

摘要

随着风电机组容量的增加，低电压穿越能力已经成为大型风电场并网准则的基本要求之一。风电场的低电压穿越能力既可以保护风力发电机组自身在故障下的安全，也可以提高电网的暂态稳定性，加速电网的故障恢复过程。双馈风机较小的变流器容量，限制了其低电压穿越能力的提高。这也使得双馈风机的低电压穿越技术成为目前研究的一大难点。对于双馈风机，抑制转子侧绕组的过电流是低电压穿越控制策略的主要目标。通常的控制方法是通过加快定子磁链的衰减速度，从而间接地抑制转子侧过电流。
　　本文对双馈风力发电系统的结构和原理进行了研究，建立了双馈感应发电机的暂态数学模型，对双馈风机在电网电压跌落时的暂态特性进行了分析，研究了转子侧绕组出现过电流现象的机理。考虑到双馈风机定子和转子之间的强耦合性，推导了暂态电流模型，用以详细描述定子和转子电流的动态响应特性。然后基于建立的暂态电流模型，考虑同时对双馈风机定子和转子电流进行抑制，提出了直接电流幅值的低电压穿越控制策略。提出的控制策略可以很容易的实现动态的无功支持。为了穿越不对称故障，扩展了暂态电流模型的负序分量形式，并设计了同时抑制转子侧正负序电流的控制系统。为了验证提出方法的有效性，通过PSCAD仿真平台建立了0.9MW的双馈风机仿真系统。仿真结果表明提出的低电压穿越控制策略可以有效增强双馈风机穿越对称和不对称故障的能力。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 DFIG低电压穿越技术的研究现状

1．3 研究内容及章节安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 章节安排

第2章 双馈风力发电系统的数学模型

2．1 风力机模型

2．2 双馈感应发电机原理

2．2．1 双馈感应发电机暂态模型

2．2．2 传统矢量控制

2．3 本章小结

第3章 电网电压跌落时双馈风机的暂态特性

3．1 双馈风机转子侧等效模型

3．2 电压跌落时暂态电动势的暂态响应

3．3 电压跌落时转子电流的暂态响应

3．4 本章小结

第4章 低电压下的直接电流幅值控制

4．1 低电压穿越相关标准

4．2 暂态电流模型

4．3 直接电流幅值控制策略

4．3．1 基本原理

4．3．2 动态无功支持

4．3．3 负序电流控制

4．3．4 控制系统设计

4．4 时域仿真验证

4．4．1 三相对称故障

4．4．2 不对称故障

4．5 本章小结

第5章 基于直接电流幅值的电流内环控制

5．1 线性反馈系数对闭环极点的影响

5．2 电流内环PI控制的闭环极点

5．3 仿真验证

5．4 本章小结

第6章 结论

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

参考文献