风电并网低电压穿越技术的研究

【摘要】：在能源需求日益高涨以及常规能源不断衰竭和污染性大的背景下，风能作为新兴的绿色能源，越来越多的受到关注。随着风力发电技术的快速发展，风电装机容量在电网中的比例越来越高，对电网的影响也越来越大。其中低电压穿越能力就是最重要的技术之一。 本文首先介绍了当前风力发电技术以及低电压穿越技术的研究现状。然后对变速恒频双馈异步发电机的工作原理，建立了基于三相静止坐标系下以及两相旋转坐标系下的数学模型。在此基础上对双PWM变换器进行了分析，研究了网侧和转子侧的变换器的数学模型及控制策略。 随后针对引起电压跌落的电网故障，对电网故障类型进行总结。提出小幅电压跌落故障采取改进控制策略；大幅电压跌落故障外加保护电路保护风电机组。对外加保护电路中的Crowbar电路和串联制动电阻建立了MATLAB/simulink仿真模型，并提出了电路的投切控制策略。根据国外的不同标准和我国的实际情况，介绍了我国的低电压穿越的技术要求。 最后基于MATLAB/simulink仿真平台建立双馈异步风力发电系统仿真模型，在大幅电压跌落情况下，对无任何保护电路、crowbar电路和制动电阻联合保护方案仿真对比。实验结果表明，联合保护方案能很好的限制转子侧电流，直流侧电压，保护风电机组并使其保持并网运行，满足低电压穿越的技术要求。 【关键词】：风力发电 双馈感应电机 低电压穿越 crowbar电路 串联制动电阻
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题意义11-12
• 1.2 风力发电技术概述12-15
• 1.2.1 恒速恒频与变速恒频12-14
• 1.2.2 两种主要机型14-15
• 1.3 风力发电值得关注的若干问题15-18
• 1.3.1 风机模型16
• 1.3.2 大规模风电并网对电力系统的影响及对策16-17
• 1.3.3 电压控制和电压穿越技术17
• 1.3.4 风电场开发与规范建设17-18
• 1.3.5 海上风电场18
• 1.4 低电压穿越国内外研究现状18-19
• 1.5 本文研究的主要内容19-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第2章 双馈异步发电机运行理论21-35
• 2.1 双馈电机原理21-23
• 2.2 双馈电机的数学模型23-29
• 2.2.1 双馈电机在三相静止坐标系下数学模型23-26
• 2.2.2 双馈电机在两相同步速旋转 dq 坐标系下数学模型26-29
• 2.3 双馈电机的功率关系29-30
• 2.4 最大风能捕捉30-34
• 2.4.1 风力机30-32
• 2.4.2 风力发电机组运行区域32-33
• 2.4.3 最大风能捕获原理33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 双馈异步风力发电机的运行控制35-50
• 3.1 双 PWM 变换器35-38
• 3.1.1 晶闸管相控交—交变换器35-36
• 3.1.2 矩阵式交—交变换器36
• 3.1.3 交—直—交电压源与电流源并联型变换器36
• 3.1.4 两电平电压型双 PWM 变换器36-38
• 3.2 网侧 PWM 变换器模型分析及其控制策略38-42
• 3.2.1 三相静止坐标系中网侧 PWM 变换器的数学模型39-40
• 3.2.2 两相静止坐标系中网侧 PWM 变换器的数学模型40-41
• 3.2.3 同步旋转坐标系中网侧 PWM 变换器数学模型41
• 3.2.4 网侧变换器的控制策略41-42
• 3.3 转子侧 PWM 变换器模型及其控制策略42-46
• 3.3.1 转子侧 PWM 变换器的数学模型42-45
• 3.3.2 转子侧 PWM 变换器的运行控制45-46
• 3.4 双馈电机传统矢量控制技术46-49
• 3.4.1 矢量控制的原理46-47
• 3.4.2 定子磁链定向矢量控制47-48
• 3.4.3 电网电压定向矢量控制48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 低电压穿越技术的研究50-65
• 4.1 低电压穿越技术概述50-51
• 4.2 电网故障类型51-54
• 4.3 低电压穿越技术控制方案54-63
• 4.3.1 改进控制策略54-55
• 4.3.2 外加保护电路55-63
• 4.4 现代风电并网规范63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 低电压穿越技术建模与仿真65-75
• 5.1 概述65-67
• 5.2 不加任何保护的电路仿真67-70
• 5.3 Crowbar 电路和制动电阻联合仿真70-73
• 5.4 仿真结果分析73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 结论75-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士期间发表的论文和获得的科研成果82-83
• 致谢83-84

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