大容量风电机组接入对电网运行的影响研究

【摘要】：风电机组装机容量的不断提高,促使国际风电技术的主要研究方向从电网正常条件下的运行转向电网故障条件下的穿越运行。风能属于不可控的能源,风电穿透率的提高会导致电网波动与闪变,电网不断对风电场接入提出更高的规范要求,风电技术领先的国家纷纷提出了故障穿越的标准。本文以主流的双馈异步风电机组和直驱型永磁同步风电机组为研究对象,围绕两种不同风电机组低电压穿越的相关问题进行研究,通过理论分析以及建模仿真,验证了研究的正确性。 1、分析了两种主流变速恒频风电机组的结构,建立风力发电系统空气动力模型及传动系统模型。 2、针对交流励磁双馈发电机组(DFIG),通过坐标变换建立了两相同步旋转坐标系下的DFIG发电机及网侧、转子侧PWM变换器的完整数学模型。提出了基于电网电压定向的网侧PWM变换器电压、电流双闭环控制策略；针对转子侧PWM变换器,计及定子电压和励磁电流,建立了两相同步旋转坐标系下的DFIG精确控制模型,提出了基于定子电压定向的改进矢量控制方案。通过仿真,验证了所建模型的有效性,为分析双馈发电机组的低电压穿越能力奠定了基础。 3、针对直驱型永磁同步发电机组,首先建立了永磁同步发电机和PWM变换器的模型,分析了PWM变换器的能量传输,提出了采用电网电压定向的网侧变换器矢量控制策略,以及采用转子磁场定向的机侧矢量控制策略。仿真验证了所选方案的正确性,为分析永磁同步发电机组低电压穿越能力提供了仿真平台。 4、分别分析了两种风电机组在严重对称电压跌落时的控制方案。针对双馈风电机组分析了Crowbar投切时间对系统的影响,以及转子Crowbar所串电阻的大小电网恢复的影响。针对水磁同同步发电机组,提出了直驱型永磁风力发电系统低电压穿越的控制逻辑,采用储能Crowbar,故障时无功控制策略实现了永磁同步风力发电系统的低电压穿越。 【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 永磁发电机 低电压穿越 PWM变换器
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315;TM732
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 课题背景13-14
• 1.1.1 能源与可持续发展13-14
• 1.1.2 风能的特点14
• 1.2 全球风力发电发展现状14-20
• 1.3 风力发电机组结构形式20-22
• 1.3.1 恒速恒频风力发电机组20
• 1.3.2 变速恒频风力发电机组20-22
• 1.4 风电场并网对电力系统的影响22-24
• 1.4.1 风电场并网静态电压稳定性分析23
• 1.4.2 风电场并网暂态电压稳定性分析23
• 1.4.3 低电压穿越技术(LVRT)23-24
• 1.5 本文主要内容24-26
• 第二章 风力发电系统模型26-33
• 2.1 引言26
• 2.2 风速模型26-28
• 2.3 空气动力学模型28-29
• 2.4 传动系统模型29-32
• 2.4.1 三质量块模型29-30
• 2.4.2 两质量块模型30-31
• 2.4.3 集中质量块模型31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 双馈风力发电机组的建模与控制策略33-55
• 3.1 引言33-34
• 3.2 网侧PWM变换器的建模与分析34-37
• 3.2.1 三相静止坐标系中网侧PWM变换器的数学模型34-36
• 3.2.2 任意速旋转坐标系中网侧PWM变换器的数学模型36-37
• 3.3 双馈风力发电机的建模与分析37-42
• 3.3.1 三相定子静止坐标系中DFIG的数学模型37-40
• 3.3.2 任意速旋转坐标系中DFIG的数学模型40-42
• 3.4 对称故障时双馈风力发电机组的控制策略42-54
• 3.4.1 同步速旋转坐标系下DFIG等效模型43-46
• 3.4.2 基于电网电压定向的网侧PWM变换器电压、电流双闭环控制46-48
• 3.4.3 计及定子磁链电流动态过程的DFIG矢量控制改进方案48-51
• 3.4.4 算例仿真分析51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 直驱型永磁风力发电机组的建模与控制策略55-66
• 4.1 引言55
• 4.2 直驱型永磁风力发电机的建模55-58
• 4.2.1 永磁同步发电机动态模型55-57
• 4.2.2 永磁同步发电机稳态模型57-58
• 4.3 PWM变流器数学模型58-62
• 4.4 PWM变换器控制策略62-65
• 4.4.1 电网电压定向矢量控制62-64
• 4.4.2 网侧PWM变流器系统仿真64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 风电机组的低电压穿越运行分析66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 双馈风力发电机组的穿越运行66-75
• 5.2.1 对称电网故障下DFIG电磁瞬态过程分析66-69
• 5.2.2 基于转子及直流环节双重快速短接保护装置的穿越运行方案69-75
• 5.3 直驱型水磁发电机组穿越运行75-80
• 5.3.1 低电压穿越保护策略75
• 5.3.2 低电压穿越仿真分析75-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论与展望81-83
• 参考文献83-88
• 攻读学位期间发表的论文88-90
• 致谢90

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