双馈风电机组建模及电网故障穿越技术研究

【摘要】：随着能源危机的出现和环境问题的恶化,发展新能源技术成为了全世界各国的关注热点。风力发电依靠其较为成熟的技术、较低的成本,成为了目前各国应用最广泛的可再生能源之一,并获得了快速发展。但是随着风电并网规模不断增大,单机容量不断提高,对于电网的安全运营和调度提出了更高的要求。电网针对这一问题,出台了相应的风电场并网要求,对风电场并网、电压故障穿越能力等方面提出了更高的要求。双馈风电机组作为目前最为广泛使用的风电机组,由于其结构的特殊性,对电网故障非常敏感,若不采取有效措施,容易导致机组脱网,进一步恶化电网运行。所以如何提高双馈风电机组的故障耐受能力是一个非常值得深入探讨和研究的课题。本文针对这一背景,对双馈风电机组进行了详细的研究。主要包括了对双馈风电机组系统的数学建模分析,建立了包括风力机、传动链、发电机和变流器在内的数学模型,推导了相应的矢量控制策略,并提出了用内模控制的方法来整定控制器的参数,随后在PSCAD/EMTDC软件中建立相应的仿真模型系统,并进行了仿真验证;对双馈风电机组在电网故障情况下暂态情况进行了分析,推导了转子电压电流在电网对称和不对称故障情况下的数学表达式,并提出了相应的双馈风电机组的低电压穿越控制策略,在仿真模型中进行了验证;提出了一种采用超级电容的提高双馈风电机组故障耐受能力的控制策略,介绍了该系统的拓扑结构、超级电容的容值计算以及相应控制策略,并在仿真中验证了该控制策略的有效性。 【关键词】：风力发电 双馈风力发电机组 故障穿越 超级电容
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 1. 绪论10-20
• 1.1 课题背景10-12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 现代风电机组的发展12-16
• 1.2.2 双馈风电机组的控制策略16-17
• 1.2.3 双馈风电机组的故障控制策略17-18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 2. 双馈风电机组的建模及其控制策略20-52
• 2.1 双馈风电机组基本原理20-21
• 2.2 双馈风电机组系统建模21-32
• 2.2.1 风力机建模22-24
• 2.2.2 齿轮箱及传动链建模24-26
• 2.2.3 双馈异步发电机建模26-29
• 2.2.4 变流器建模29-32
• 2.3 双馈风电机组系统的控制策略32-44
• 2.3.1 机组控制策略32-35
• 2.3.2 变流器控制35-37
• 2.3.3 内模控制37-44
• 2.4 模型仿真44-51
• 2.4.1 双馈风电机组建模45-46
• 2.4.2 仿真分析46-51
• 2.5 本章小结51-52
• 3. 双馈风电机组在电网故障情况下的暂态分析及其控制策略52-74
• 3.1 低电压穿越52-64
• 3.1.1 电网电压跌落52-54
• 3.1.2 低电压穿越要求54-55
• 3.1.3 双馈风电机组在低电压故障情况下的暂态分析55-62
• 3.1.4 双馈风电机组的低电压穿越控制策略62-64
• 3.2 高电压穿越64-68
• 3.2.1 高电压穿越的研究背景及研究现状64-66
• 3.2.2 双馈风电机组的高电压故障暂态分析66-68
• 3.3 仿真分析68-72
• 3.4 本章小结72-74
• 4. 加装超级电容的双馈风电机组故障穿越系统设计74-86
• 4.1 国内外研究74-75
• 4.2 拓扑结构75-76
• 4.3 控制策略76-80
• 4.4 仿真验证80-85
• 4.4.1 机组在电网小值跌落下的仿真分析80-83
• 4.4.2 机组在低电压故障时的仿真分析83-85
• 4.5 本章小结85-86
• 5. 总结与展望86-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文92-93
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目93-96
• 附件96

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