双馈风电机组低压穿越控制策略的研究

【摘要】：能源是人类社会生存和发展的重要物质基础,尤其是可再生能源,随着人类社会的迅速发展,对清洁能源的需求急剧增长,尤其是风能。目前全球风电场集中分布于比较偏远的区域,电网容易发生故障。如果是电网严重故障,导致大规模接入电网的风电机组解列,会进一步使得电网瘫痪。为了保证电网的稳定安全运行,低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)已成为风电并网的必要条件。因此对于目前大规模并网的双馈风电机组进行低压穿越控制的研究有重要的理论和现实意义。本文首先概述了全球性的能源和环境危机以及风电发展的必要性,并介绍了目前国内外双馈风电机组的低压穿越控制策略的研究现状和问题,分析了现有各种双馈风电机组低压穿越控制策略的优劣性。简要归纳了目前常见的风电故障,并通过理论分析和公式推导得出了双馈风电机组在各类风电故障下的暂态故障响应,从而得出双馈风电机组在电网故障时的优化控制目标,为下面章节在各类故障时的低压穿越改进控制方法的研究和设计提供了理论依据。接着对双馈风电系统包括风力机和双馈电机进行建模,通过对双馈式感应电机和风力机数学模型的分析,根据传统理想电网条件下的双馈电机控制策略,分别在对称电网故障和不对称电网故障下进行研究,得出了改进转子侧变流器(Rotor Side Converter,RSC)和网侧变流器(Grid Side Converter,GSC)的低压穿越控制方案。当电网电压对称跌落,甚至三相对地完全短路,通过采用改进转子侧和网侧控制方法完成对称电网电压跌落时的低电压穿越策略;当电网电压不对称跌落时,采用比例积分谐振(PIR)控制器大大简化控制器结构,并通过模糊整定两个可变参数来对目前的低压穿越控制目标进行综合协调控制,即不单纯追求某一项指标的绝对无静差控制,而是通过前馈量改变控制目标,从而完成多目标协调的低压穿越控制。在模拟电网电压跌落故障的基础上,通过搭建PSCAD模型进行仿真实验,根据仿真结果验证了该控制方法比稳态控制策略更加稳定、安全和可靠,实现了理论推导和仿真验证的全面研究。 【关键词】：双馈电机 低压穿越 网侧变流器 转子侧变流器 对称电网电压跌落 不对称电网电压跌落
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题背景和研究意义7-8
• 1.1.1 课题背景7
• 1.1.2 课题研究的意义7-8
• 1.2 低压穿越技术的国内外研究现状8-13
• 1.2.1 低压穿越技术概念8
• 1.2.2 常见电网电压故障类型8-10
• 1.2.3 改进控制策略型低压穿越技术10-11
• 1.2.4 外加硬件电路型低压穿越技术11-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-15
• 第二章 双馈风电系统数学模型与控制策略15-30
• 2.1 概述15
• 2.2 风力机数学模型15-16
• 2.3 双馈感应电机数学模型16-21
• 2.3.1 三相静止坐标系下的双馈电机数学模型17-19
• 2.3.2 任意转速旋转dq坐标系下的双馈电机数学模型19-21
• 2.4 双馈风电机组网侧变流器控制策略21-25
• 2.4.1 网侧变流器数学模型21-23
• 2.4.2 网侧变流器矢量控制策略23-25
• 2.5 双馈风电机组转子侧变流器控制策略25-29
• 2.5.1 转子侧变流器数学模型25-26
• 2.5.2 转子侧变流器矢量控制策略26-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 双馈风电系统PSCAD仿真建模及运行特性研究30-46
• 3.1 概述30
• 3.2 双馈风电系统PSCAD仿真模型30-34
• 3.2.1 风力机仿真模型30-31
• 3.2.2 转子侧变流器控制器仿真模型31-33
• 3.2.3 网侧变流器控制器仿真模型33-34
• 3.3 双馈风电系统运行特性研究34-45
• 3.3.1 双馈风电系统理想电网条件下运行仿真分析34-37
• 3.3.2 对称电网电压故障下双馈风电机组运行特性研究37-41
• 3.3.3 不对称电网电压故障下双馈风电机组运行特性研究41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 对称电压故障时双馈风电机组控制策略研究46-55
• 4.1 概述46
• 4.2 电网对称故障时转子侧低压穿越控制方案46-49
• 4.3 电网对称故障时网侧低压穿越控制方案49-52
• 4.3.1 网侧变流器传统前馈控制策略49-51
• 4.3.2 网侧变流器改进前馈控制策略51-52
• 4.4 系统仿真分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 不对称电压故障时双馈风电机组多目标协调控制55-69
• 5.1 概述55
• 5.2 不对称电网电压下DFIG的模型55-58
• 5.3 基于PIR的转子侧前馈矢量控制58-59
• 5.3.1 比例积分谐振电流调节器的设计58
• 5.3.2 基于PIR的转子侧矢量控制方法58-59
• 5.4 转子侧变流器多目标协调控制59-63
• 5.4.1 多目标协调控制器设计59-61
• 5.4.2 前馈系数模糊整定61-63
• 5.5 基于PIR的网侧矢量控制方法63-65
• 5.6 系统仿真分析65-68
• 5.7 本章小结68-69
• 主要结论与展望69-70
• 主要结论69
• 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文74

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