双馈风力发电机低电压穿越控制与风电模型对比分析

【摘要】：随着风力发电装机容量的不断增大和并网规范要求的不断提高,电网故障条件下风电机组低电压穿越与无功控制策略的研究成为当前关注的热点。作为风力发电的主流机型,双馈式风电机组具有诸多优势,但也存在控制复杂和对电网故障敏感等问题。因此,本文对双馈式风电机组低电压穿越(LVRT)实现方法与控制技术、风力发电LVRT改造技术以及双馈式风电机组电磁、机电模型对比分析进行了深入研究。 在定性地分析了电网电压跌落情况下DFIG暂态特性的基础上,重点对基于转子Crowbar电路的双馈式风电机组LVRT技术进行了研究。优化整定了Crowbar电阻阻值,提出了多种Crowbar投切判据,并针对电网电压跌落期间DFIG向电网提供一定无功支撑的要求,提出了电压跌落期间的紧急无功控制策略。 从风电场、风电机组两个方面总结风力发电LVRT改造技术基础,重点对一种采用变流器实现的并联电压切换式风力发电LVRT改造装置进行了深入研究。给出了装置控制策略和最优投切时机,通过对称电网电压跌落以及不对称电网电压跌落情况下的仿真验证了该装置的有效性。 以主流的机电暂态分析工具PSS/E的双馈风电机组等值模型为例,分析了等值模型的原理和实现,对比了详细模型和等值模型的主要差别和参数对应关系,在已经建成的双馈风电机组PSCAD详细仿真模型基础上,在同一平台上搭建了风电等值模型,在相同工况下采用两类模型进行了仿真计算,对结果进行了分析对比,总结了两类模型的输出差异。 【关键词】：双馈式风电机组 变流器 低电压穿越 PSS/E PSCAD
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景10-14
• 1.1.1 风力发电发展现状及趋势10-11
• 1.1.2 风电并网技术瓶颈11-14
• 1.2 风力发电及并网技术研究现状14-19
• 1.2.1 风力发电系统的类型14-15
• 1.2.2 馈式变速风电机组控制技术15-16
• 1.2.3 馈式风电机组电网故障穿越技术16-18
• 1.2.4 馈式风电机组模型研究现状18-19
• 1.3 本文的主要工作19-21
• 第2章 双馈式风电机组建模、控制与仿真21-42
• 2.1 馈式风电机组基本元件的数学模型21-33
• 2.1.1 空气动力学模型21-23
• 2.1.2 风速模型23-25
• 2.1.3 轴系模型25-26
• 2.1.4 桨距角控制模型26
• 2.1.5 发电机模型26-30
• 2.1.6 变流器模型30-33
• 2.2 馈式风电机组控制技术33-38
• 2.2.1 概述33
• 2.2.2 变桨距控制技术33
• 2.2.3 馈异步发电机控制技术33-38
• 2.3 基于PSCAD的双馈风电机组建模与仿真38-41
• 2.3.1 PSCAD仿真模型38-40
• 2.3.2 PSCAD仿真结果40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 双馈式风电机组LVRT实现方法与控制技术42-60
• 3.1 电压跌落情况下DFIG暂态特性分析42
• 3.2 双馈式风电机组LVRT实现方案42-48
• 3.2.1 软件技术方案43-44
• 3.2.2 硬件技术方案44-48
• 3.3 基于Crowbar的双馈式风电机组LVRT控制策略48-52
• 3.3.1 Crowbar投切判据48-51
• 3.3.2 Crowbar阻值的优化整定51-52
• 3.3.3 电压跌落期间的紧急无功控制52
• 3.4 基于Crowbar的双馈式风电机组LVRT仿真分析52-59
• 3.4.1 未加入Crowbar电路的电压跌落过程仿真研究52-53
• 3.4.2 不同Crowbar投切判据的仿真结果53-57
• 3.4.3 电网跌落期间紧急无功控制仿真结果57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 风力发电LVRT改造技术60-75
• 4.1 风力发电LVRT改造技术概述60-63
• 4.1.1 风电机组LVRT改造技术60-62
• 4.1.2 风电场LVRT改造技术62-63
• 4.2 采用变流器实现的并联电压切换式LVRT改造技术63-74
• 4.2.1 并联电压切换式LVRT改造装置结构与原理63-64
• 4.2.2 装置控制策略及投切时机的选择64-69
• 4.2.3 并联电压切换式LVRT改造仿真研究69-74
• 4.3 本章小结74-75
• 第5章 双馈式风电机组电磁、机电模型对比分析75-86
• 5.1 PSS/E双馈式风电机组等值模型原理及其与详细模型的对比75-80
• 5.1.1 发电机—变流器模型76-77
• 5.1.2 电气控制模型77-78
• 5.1.3 风力机及传动轴系模型78
• 5.1.4 桨距角控制模型78-80
• 5.2 双馈式风电机组简化模型仿真研究80-85
• 5.2.1 基于PSCAD的双馈式风电机组简化模型实现80-82
• 5.2.2 双馈风电机组简化模型与全阶模型仿真结果对比分析82-85
• 5.3 本章小结85-86
• 第6章 结论及展望86-88
• 6.1 论文工作总结86-87
• 6.2 后续工作展望87-88
• 参考文献88-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果93-94
• 致谢94

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