直驱式风电机组的变流技术及低电压穿越研究

【摘要】：风能是清洁的可再生能源,是21世纪世界最重要的替代能源。随着全球对能源安全与节能减排的呼声日益高涨,风力发电正受到越来越多国家的重视。 直驱式风力发电机组是当前业内研究的重点。作为直驱式风力发电系统技术核心的变流技术,在直驱式风力发电系统的低电压穿越中起着举足轻重的作用。 直驱式风力发电系统凭借其自身全功率变流器的技术优势,可以最大效率的利用风能,同时具有较好的故障穿越能力。在原有变流技术的基础上,通过增加Crowbar保护电路,可以极大地提高其低电压穿越能力。论文以背靠背双PWM电压型变流系统为研究对象,深入细致的分析了直驱式风力发电系统电机侧与电网侧的变流技术,在此基础上对直驱式风电系统的Crowbar保护电路进行了研究。首先,针对电机侧变流器的数学模型分别介绍了矢量控制和直接转矩控制的原理,并比较分析了各自的优劣；其次,以电网侧变流器的数学模型为对象,详细研究了基于电网电压定向的矢量控制以及直接功率控制；接着,对直驱式风电系统常用的Crowbar保护电路的工作原理与实现方法进行了细致的分析,并讨论了各自的优缺点。分析表明,直流侧Crowbar保护电路是优选方案；最后,通过对常用直流侧Crowbar方案的分析比较,针对电网电压对称跌落问题,选择直流侧并联能量卸载回路的Crowbar方案,对电网侧变流器同能量卸载回路协调控制的机理进行说明,并分别对不采用和采用Crowbar电路时机组的跌落特性进行了仿真对比分析。仿真结果显示采用能量卸载回路控制简单,容易实现与网侧变流器的配合,可有效增强直驱式风力发电系统的低电压穿越能力。 【关键词】：直驱式风力发电系统 变流技术 双PWM变流器 低电压穿越 Crowbar
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 论文研究背景及选题意义9-14
• 1.1.1 世界能源及风力发电发展现状9-11
• 1.1.2 风力发电机组技术的发展趋势11-12
• 1.1.3 低电压穿越的概念12-13
• 1.1.4 论文选题意义13-14
• 1.2 论文选题的研究现状14-16
• 1.2.1 直驱式风电机组变流系统的拓扑结构14-15
• 1.2.2 直驱式风电机组变流技术及低电压穿越研究现状15-16
• 1.3 论文研究的主要内容16-18
• 第2章 直驱式风力发电系统电机侧变流技术研究18-27
• 2.1 PWM简介18-19
• 2.2 SVPWM技术原理19-20
• 2.3 电机侧变流技术20-26
• 2.3.1 永磁同步电机数学模型20-23
• 2.3.2 基于转子磁场定向的矢量控制23-24
• 2.3.3 基于定子磁场定向的直接转矩控制24-26
• 2.4 小结26-27
• 第3章 直驱式风力发电系统电网侧变流技术研究27-31
• 3.1 电网侧变流器数学模型27-29
• 3.1.1 三相静止坐标系下的数学模型27-28
• 3.1.2 两相同步旋转坐标系下的数学模型28-29
• 3.2 基于电网电压定向的矢量控制29
• 3.3 直接功率控制29-30
• 3.3.1 直接功率控制原理29-30
• 3.3.2 直接功率控制的改进30
• 3.4 小结30-31
• 第4章 直驱式风力发电系统的低电压穿越研究31-46
• 4.1 电网故障对风力发电系统的影响31-34
• 4.1.1 风电并网对电网的影响31-32
• 4.1.2 直驱式风力发电系统在电网故障下的特性分析32-34
• 4.2 Crowbar保护电路的原理34-42
• 4.2.1 Crowbar电路概述34-35
• 4.2.2 直驱式风力发电系统Crowbar保护方案研究35-36
• 4.2.3 直流侧Crowbar保护方案36-42
• 4.3 基于MATLAB/Simulink的仿真验证42-45
• 4.3.1 仿真模型42-43
• 4.3.2 跌落特性的仿真对比43-45
• 4.4 小结45-46
• 第5章 总结与展望46-48
• 参考文献48-51
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果51-52
• 致谢52

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