双馈风电机组转子变流器对短路特性的影响研究

【摘要】：风力发电作为最具规模和发展前景的新能源发电方式之一，是保障未来电力供应和解决全球环境问题的关键。由于新的电网运行准则要求电网故障期间风电机组必须保持一定时间的并网运行，因此其提供的短路电流会直接影响到系统的安全运行。特别是目前广泛应用的双馈感应风力发电机组(doubly-fed inductiongenerator，DFIG)，由于其对机端电压跌落比较敏感，随着双馈风电机组装机容量的不断增加，电网故障时双馈风电机组短路电流的动态特性变得十分重要。而电网故障时DFIG短路电流受变流器调控的耦合影响，现有的少量研究仅定性分析了变流器控制策略对短路特性的影响，尚没有关于计及变流器控制系统的DFIG短路电流计算的研究，而准确评估DFIG短路电流的大小关系着故障工频电气量的计算和电网的安全运行。电网故障时转子Crowbar保护电路的动作将影响DFIG短路电流的特性，现有研究尚未深入分析Crowbar电路动作对短路电流特性的影响。基于此，本文对不计变流器和计及转子侧变流器控制影响的双馈感应风电机短路电流计算进行了研究和对比分析，并仿真分析验证了转子侧变流器控制系统及其Crowbar保护电路动作对DFIG短路电流特性的影响，具体完成了以下研究工作： ①介绍了双馈感应风电机的特点及其在变速恒频风力发电系统中的优势，分析了双馈感应风电机组的基本结构和主要部件的作用，并基于双馈风力发电机组数学模型及其控制策略，利用PSCAD/EMTDC建立了双馈风力发电机组仿真模型。 ②本文从电网短路时双馈风电机组的暂态过程出发，分析了双馈风电机组转子侧变流器控制输出对短路过程的影响，在此基础上推导了电网对称路故障时不计变流器控制影响和计及转子侧变流器控制影响的短路电流动态表达式，对比分析了转子侧变流器控制对DFIG短路电流特性的影响，并应用PSCAD/EMTDC模型进行了仿真验证。 ③在分析转子侧变流器Crowbar保护电路原理的基础上，对转子Crowbar保护电路动作前后的DFIG短路电流进行了仿真对比分析。仿真结果表明Crowbar保护电路动作后与动作前相比减少了DFIG短路冲击电流的大小，缩短了短路电流达到稳态的时间，稳态短路电流的幅值也将减小。不考虑Crowbar电路动作的故障模型进行整定计算的方法将扩大DFIG故障电流所能提供的最大电流幅值，容易造成保护范围的缩小，因此，继电保护的整定计算中应考虑Crowbar电路动作的影响。 【关键词】：双馈风电机组 短路电流 PSCAD/EMTDC 转子侧变流器 Crowbar电路
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM46;TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 国内外的研究现状及发展趋势10-12
• 1.2.1 并网 DFIG 故障电流分析计算研究现状10-11
• 1.2.2 Crowbar 保护电路对并网 DFIG 故障特性影响研究现状11
• 1.2.3 研究现状总结11-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-14
• 2 基于 PSCAD 的双馈风电机组仿真模型14-32
• 2.1 引言14
• 2.2 PSCAD 软件介绍14
• 2.3 双馈风电机组的工作原理14-16
• 2.4 风力机模型16-17
• 2.5 双馈感应发电机模型17-23
• 2.5.1 双馈感应发电机在三相静止坐标系下的数学模型17-19
• 2.5.2 坐标变换19-21
• 2.5.3 双馈感应发电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型21-23
• 2.6 变流器模型23-26
• 2.7 变流器控制模型26-31
• 2.7.1 网侧变流器控制模型26-28
• 2.7.2 转子侧变流器控制模型28-31
• 2.8 本章小结31-32
• 3 计及转子侧变流器控制特性的 DFIG 短路电流32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 DFIG 的复矢量模型32-34
• 3.3 电网对称短路时的 DFIG 短路电流计算34-41
• 3.3.1 不计变流器控制影响34-37
• 3.3.2 计及转子侧变流器控制特性的影响37-38
• 3.3.3 对比分析38-41
• 3.4 仿真验证41-45
• 3.4.1 算例一41-43
• 3.4.2 算例二43-45
• 3.5 本章小节45-46
• 4 CROWBAR 电路动作前后的 DFIG 短路电流特性46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 Crowbar 保护电路46-50
• 4.2.1 Crowbar 保护电路类型46-48
• 4.2.2 Crowbar 保护电路的工作原理48-50
• 4.3 Crowbar 电路动作前后的 DFIG 短路电流50
• 4.4 仿真对比分析50-54
• 4.5 本章小节54-55
• 5 结论与展望55-57
• 5.1 主要结论55
• 5.2 进一步研究的方向55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 附录62
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文62
• B 攻读硕士学位期间参加的科研项目62

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