双馈风电机组低电压穿越技术研究

【摘要】：随着风力发电的蓬勃发展,风电并网对电网安全、稳定和经济的影响不容忽视。双馈发电机作为目前风力发电的主流机组,对其正常运行时的稳态特性以及故障状态下的暂态特性研究很有意义。双馈发电机在承受电网故障时有一定的缺陷,所以有必要改善双馈发电机的低电压穿越能力。 本文主要以双馈风力发电机并网系统为研究对象,分析了双馈发电机的工作原理,建立了双馈发电机的稳态等值电路、三相静止坐标系(abc)和同步旋转坐标系(dq)下的数学模型,并建立了组合风模型、风力机空气动力学模型、双PWM变流器数学模型。建立了基于定子磁场定向的转子侧PWM矢量控制和基于电网电压定向的直流侧PWM矢量控制的数学模型。分析了低压运行过程中转子电流、电磁转矩、直流侧电压和有功无功等量在故障发生期间和故障结束后动态响应,解释了转子过电流和直流侧过电压产生的原因。建立了定子暂态相电流模型,分析了抑制电网电压跌落过程中转子过电流的方法。在PSCAD中搭建系统仿真模型,仿真了两种电压跌落情况下双馈发电机低电压动态运行特性,验证了前面的分析,结果表明：在电压跌落幅值较低时,双馈发电机的控制策略可以实现低压穿越；跌落较为严重时,产生的过电流、过电压会对系统安全造成严重威胁。 为了提高双馈发电机低电压穿越能力,本文分析了转子侧Crowbar电路和直流侧Chopper电路的工作原理,采用了一种转子侧Crowbar电路和直流侧Chopper电路配合保护方案,仿真了三种方案在低电压运行过程中动态响应,总结了三种方案提高双馈发电机低压穿越能力各自的优缺点,并仿真了电压跌落幅值、旁路电阻、直流保护电阻对组合保护效果的影响。仿真结果表明：组合保护方案在三种保护方案中效果最优良,可以作为提高低压穿越能力的一种方法,它可以有效抑制转子电流、直流电压、有功无功等参数在电网电压跌落期间存在的较大波动,抑制过电压和过电流,达到保护双馈发电机硬件电路和提高双馈发电机低电压穿越能力的目的,并且在电网电压跌落至20%额定电压时,该方案也是适用的。 【关键词】：双馈电机 低电压穿越 组合保护 Crowbar电路 Chopper电路
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究的背景与意义10-12
• 1.2 国内外发展及研究现状12-14
• 1.2.1 国外风力发电的发展及研究现状12
• 1.2.2 国内风力发电的发展及研究现状12-13
• 1.2.3 风电机组具备低电压穿越能力的必要性及研究现状13-14
• 1.3 本文的主要工作14-15
• 第2章 双馈发电机并网系统数学模型15-36
• 2.1 引言15-16
• 2.2 风速模型建立16-17
• 2.2.1 基本风16
• 2.2.2 阵风16
• 2.2.3 渐变风16-17
• 2.2.4 随机风17
• 2.2.5 组合风17
• 2.3 风力机模型建立17-19
• 2.3.1 风力机功率17-18
• 2.3.2 风能利用系数Cp18-19
• 2.4 双馈发电机工作原理分析19-20
• 2.5 双馈发电机模型20-29
• 2.5.1 双馈发电机稳态等值电路模型20-21
• 2.5.2 三相静止坐标系(abc)下双馈发电机数学模型21-26
• 2.5.3 dq坐标系下双馈发电机数学模型26-29
• 2.6 双PWM变流器模型29-35
• 2.6.1 网侧变流器模型30-34
• 2.6.2 转子侧变流器模型34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第3章 DFIG矢量控制策略和低电压动态分析36-52
• 3.1 转子侧PWM变流器矢量控制策略36-40
• 3.1.1 基于定子磁链定向的转子侧PWM矢量控制策略36-40
• 3.1.2 定子磁链观测40
• 3.2 电网侧PWM变流器矢量控制策略40-42
• 3.2.1 电网电压定向控制的基本原理40
• 3.2.2 基于电网电压定向的电网侧PWM矢量控制策略40-42
• 3.3 低电压运行时双PWM变流器动态响应特性分析42-43
• 3.3.1 电压跌落的概念42
• 3.3.2 电压跌落期间动态响应特性分析42-43
• 3.3.3 电压恢复后动态响应特性分析43
• 3.4 低电压运行时双馈发电机定子暂态相电流数学模型43-44
• 3.5 低电压运行过程中双馈发电机过渡过程仿真分析44-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 DFIG低电压穿越技术研究52-67
• 4.1 低电压穿越技术52-53
• 4.1.1 低电压穿越技术概念52
• 4.1.2 低电压穿越基本要求52-53
• 4.2 低电压穿越技术实现方法53-55
• 4.2.1 转子侧过电流保护电路53-54
• 4.2.2 直流侧过电压保护电路54-55
• 4.3 低电压穿越技术仿真研究55-65
• 4.3.1 分析三种方案提高低电压穿越能力的效果55-61
• 4.3.2 方案三组合保护方案影响因素61-63
• 4.3.3 电网电压跌落至20%时组合保护方案仿真分析63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论与展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间发表的论文72

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