永磁直驱风电系统低压穿越研究

【摘要】：随着兆瓦级永磁直驱风电机组的不断应用,电力系统中风电装机容量比例越来越大,电力系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。本文提出了配合超级电容储能系统的优化控制策略,能有效地稳定直流侧电压,并满足了电网故障时风电系统向电网提供无功功率支持的要求,实现了风电系统低压穿越。本文针对电网对称故障情况下,电机侧变流器和电网侧变流器功率不平衡造成直流链电压升高的问题,对超级电容器的容量以最优经济为目标进行分析计算,提出了配合超级电容储能系统的机侧变流器和网侧变流器协调控制策略。仿真结果表明:通过对机侧变流器对发电机输出功率进行限制,采用超级电容储能系统对直流链剩余功率进行吸收,以及网侧变流器的无功补偿,能有效的抑制直流链电压升高,提高电网故障时风电系统的无功补偿能力,保障了系统的安全稳定运行,且验证了超级电容器容量计算方法合理。针对风电系统在电网两相不对称故障情况下,网侧变流器会产生不对称电流和功率2倍频波动问题,本文将不对称电压分量分解成两组对称分量,构建双坐标系d-q控制系统,根据不同功率波动分3种不同运行情况进行控制,并根据3种情况的运行特点,分别设计网侧变流器输出功率限制,有效地抑制负序电流和功率2倍频波动。仿真结果表明:不对称故障下,网侧变流器双坐标系d-q控制策略能够确保风电系统可靠运行,满足低压穿越需求。 【关键词】：直驱风电系统 低压穿越 超级电容系统 协调控制
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 风力发电研究背景和意义9-14
• 1.1.1 国外风力发电发展11-12
• 1.1.2 国内风力发电发展12-14
• 1.2 风电机组低电压穿越14-17
• 1.2.1 LVRT简介15-16
• 1.2.2 LVRT目前实现方法16-17
• 1.3 储能系统的发展17-19
• 1.3.1 蓄电池储能18
• 1.3.2 飞轮储能18-19
• 1.3.3 抽水蓄能19
• 1.3.4 超级电容器储能19
• 1.4 论文主要研究内容19-21
• 第二章 直驱风电系统的数学模型和运行控制策略21-39
• 2.1 直驱风力发电系统的基本构造21
• 2.2 风力机数学模型21-23
• 2.3 永磁同步电机数学模型23-25
• 2.4 三相变流器的数学模型25-32
• 2.4.1 电机侧变流器的基本数学模型26-30
• 2.4.2 电网侧变流器的基本数学模型30-32
• 2.5 直驱永磁风电系统运行控制策略32-36
• 2.5.1 发电机侧变流器控制32-34
• 2.5.2 电网侧变流器控制34-36
• 2.6 仿真验证36-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 超级电容器容量选取39-44
• 3.1 储能电容系统的拓扑结构39-41
• 3.1.1 储能电容器的基本模型39-40
• 3.1.2 Buck/boost DC-DC变换器的基本模型40-41
• 3.2 超级电容器容量选择41-43
• 3.2.1 电网故障时风电系统功率流动41-42
• 3.2.2 超级电容参数设计42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 对称短路时直驱风电系统低压穿越改进控制策略研究44-54
• 4.1 对称故障影响44-45
• 4.2 电网对称故障时风电系统运行性能的分析45-47
• 4.3 对称故障下交-直流变换器协调控制策略47-49
• 4.3.1 限制有功功率控制47-48
• 4.3.2 无功功率支持控制48-49
• 4.3.3 超级电容储能稳压控制49
• 4.4 仿真验证49-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 不对称短路时直驱风电系统低压穿越控制策略研究54-64
• 5.1 不对称故障影响54-55
• 5.2 不对称故障下网侧多模运行低压穿越控制策略55-59
• 5.2.1 正-负坐标系下网侧变换器控制策略55-57
• 5.2.2 网侧变换器输出功率限制57-59
• 5.3 仿真验证59-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与期望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果及所获奖项70-71
• 致谢71

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