双馈风电变流器电网故障下运行控制研究

【摘要】：针对双馈风电变流器在电网发生故障下的运行状况,本文通过理论分析和方法改进,进行了仿真研究和实验验证,取得了一些具有学术科研和工程应用价值的成果。(1)建立了三相静止坐标系以及dq同步旋转坐标系下的DFIG系统数学模型,推导出网侧变流器和机侧变流器的数学模型及相应的控制策略,并对电网故障下DFIG系统的暂态响应特性进行了详细分析。(2)设计了能够实现电网电压正负序快速准确分离的双二阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)和带有谐波补偿特性的比例谐振(PR)控制器。结合上述的锁频环和PR控制器得到改进的网侧和机侧变流器控制策略。有效抑制了网侧变流器过流和减小母线电压波动;提高了机侧变流器抑制谐波电流的能力,明显减小了故障尖峰电流,实现了一定程度的低电压穿越功能。通过仿真比较分析,验证了改进控制策略的正确性和有效性。(3)设计了网侧变流器和机侧变流器的协同控制策略,通过增加系统无功输出增强了电网电压的恢复能力。在严重电网低电压故障下,采用了增加并联动态电阻的Crowbar电路的协同控制。对Crowbar电路的保护原理进行分析并设计了相应的控制策略,给出了一种阻值选取和投切时间选择的有效方案。(4)最后设计了风电变流器系统相应的硬件电路和软件程序。在7.5kW的双馈电机实验平台上完成了实验验证。 【关键词】：风电变流器 低电压穿越 改进控制策略 Crowbar保护电路 协同控制
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 各国风电并网标准11-13
• 1.2.2 双馈风电机组故障穿越技术研究现状13-14
• 1.3 本课题研究主要内容14-16
• 第二章 双馈风力发电系统数学建模16-29
• 2.1 双馈风力发电机系统建模16-26
• 2.1.1 风力机数学建模16-18
• 2.1.2 机械传动数学建模18
• 2.1.3 双馈风力发电机模型18-21
• 2.1.4 网侧变流器数学模型及控制策略21-23
• 2.1.5 机侧变流器数学模型及控制策略23-26
• 2.2 低电压DFIG暂态响应特性分析26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 双馈风电变流器改进控制策略29-50
• 3.1 双二阶广义积分器锁频环29-34
• 3.1.1 二阶广义积分器锁频原理29-31
• 3.1.2 双二阶广义积分器锁频环原理31-33
• 3.1.3 双二阶广义积分器仿真分析33-34
• 3.2 比例谐振控制器34-39
• 3.2.1 比例谐振控制器原理34-36
• 3.2.2 比例谐振控制器的谐波补偿36-37
• 3.2.3 比例谐振控制器仿真分析37-39
• 3.3 网侧变流器改进控制策略及仿真39-43
• 3.3.1 网侧变流器改进控制策略39-41
• 3.3.2 电网故障下网侧变流器仿真分析41-43
• 3.4 机侧变流器改进控制策略及仿真43-49
• 3.4.1 机侧变流器改进控制策略43-45
• 3.4.2 电网故障下机侧变流器仿真分析45-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 低电压穿越协同控制50-60
• 4.1 风电变流器协同控制策略50-52
• 4.1.1 网侧变流器协同控制策略50-51
• 4.1.2 机侧变流器协同控制策略51-52
• 4.2 Crowbar电路协同控制策略52-58
• 4.2.1 Crowbar电路保护原理及控制53-56
• 4.2.2 Crowbar电路阻值的选取56-58
• 4.2.3 Crowbar电路投切时间分析58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 平台搭建与实验验证60-70
• 5.1 实验平台搭建60-64
• 5.1.1 硬件电路设计60-61
• 5.1.2 软件程序设计61-64
• 5.2 实验验证64-68
• 5.2.1 实验现场64-65
• 5.2.2 实验波形65-68
• 5.3 本章小结68-70
• 第六章 结束语70-72
• 6.1 主要工作与创新点70-71
• 6.2 后续研究工作71-72
• 参考文献72-77
• 附录 177-78
• 附录 278-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果80

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