永磁直驱风电系统低电压穿越技术的研究

【摘要】：近些年，随着环境和能源问题日益突出，风力发电以其取之不尽、用之不竭、绿色清洁等优势得到了迅猛发展。随着其在电网中所占的比重逐年增加，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战，故要求电网电压跌落期间，并网风电系统应当具备低电压穿越能力。 本文围绕直驱式风电系统，针对低电压穿越问题做了较为深入的分析和研究，并对所提出的理论研究成果做了相关仿真验证。 首先，阐述了全球的风电发展的背景及概况，介绍了直驱式风电系统低电压穿越技术研究的现状及必要性，简要分析了风电机组各个部分的工作原理，并建立了包括风力机、变桨距控制系统、发电机、直流升压环节及网侧变流器数学模型，并分别进行了仿真验证。 其次，对直流侧并联卸荷电路来实现低电压穿越的控制策略进行了分析和仿真验证，并结合国家标准委最新颁布的《风电场接入电力系统技术规定》对并网风电机组低电压穿越能力的相关技术规定，改进网侧变流器控制策略，使其运行于无功优先支撑模式。 接着，提出一种基于机侧和网侧功率平衡的控制策略，网侧变流器运行于无功支撑模式，以加快故障期间电网电压的恢复。 最后，为完善低电压穿越控制策略，在电网电压波动时，提出网侧有功优先支撑的无功补偿模式，以满足机组的并网要求。 【关键词】：风力发电 低电压穿越 直驱 最大功率追踪 无功支撑模式 卸荷电路
【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】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 风力发电的概况9-10
• 1.1.1 风力发电的背景及意义9
• 1.1.2 风电产业发展概况9-10
• 1.2 课题研究的现状及意义10-15
• 1.2.1 风力发电技术简介10-12
• 1.2.2 课题研究的意义12-13
• 1.2.3 低电压穿越的相关技术规定13-14
• 1.2.4 课题研究的国内外现状14-15
• 1.3 论文工作的主要内容15-16
• 第2章 直驱风电系统的建模16-36
• 2.1 风力机建模与控制16-24
• 2.1.1 风能计算及贝兹理论16-18
• 2.1.2 风力机的特性分析18-20
• 2.1.3 最大功率追踪控制20-22
• 2.1.4 变桨距控制22
• 2.1.5 风机的建模与仿真22-24
• 2.2 传动系统模型24-25
• 2.3 机侧整流器控制策略25-30
• 2.3.1 永磁同步发电机数学模型25-27
• 2.3.2 升压斩波电路的模型及原理分析27-29
• 2.3.3 机侧控制仿真分析29-30
• 2.4 网侧逆变器控制策略及仿真分析30-35
• 2.4.1 网侧逆变器数学模型30-33
• 2.4.2 网侧控制仿真分析33-35
• 2.5 小结35-36
• 第3章 直驱风电系统低电压穿越特性36-48
• 3.1 电网电压跌落产生的影响36-38
• 3.2 基于直流侧卸荷电路的控制策略38-42
• 3.3 基于网侧无功功率优先支撑模式的控制策略42-45
• 3.4 仿真验证45-47
• 3.5 小结47-48
• 第4章 基于功率平衡的 LVRT 控制策略48-57
• 4.1 功率平衡原理48-49
• 4.2 基于功率平衡的 LVRT 控制方案49-51
• 4.2.1 限制发电机功率输出的途径49
• 4.2.2 功率平衡的 LVRT 控制策略49-51
• 4.2.3 基于功率切换的 LVRT 控制策略51
• 4.3 基于功率平衡的 LVRT 系统控制逻辑图51-53
• 4.4 电压波动下的 LVRT 技术53-56
• 4.4.1 风电场对电压范围和电压偏差的要求54
• 4.4.2 有功优先支撑的补偿策略及仿真54-56
• 4.5 小结56-57
• 第5章 结论与展望57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果62-63
• 致谢63

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