双馈风电机组有源Crowbar技术研究

【摘要】：双馈型风力发电系统有变流器容量小、有功和无功独立调节、效率高的优点,成为当今世界风力发电领域的重要研究对象。本文主要研究了基于有源Crowbar的双馈风电机组低电压穿越技术,并以仿真和实验验证了该技术的有效性和可行性。 首先分析了双馈风电机组的运行原理,在建立双馈电机数学模型的基础上研究了双馈电机矢量控制策略以及电网电压跌落过程的动态响应。在分析制约双馈风电机组低电压穿越的关键因素的基础上提出了对应的解决方案。 其次搭建了1.5MW双馈电机背靠背变流器仿真模型,通过仿真验证了双馈电机矢量控制策略下电网电压跌落过程动态响应特性。研究了有源Crowbar在低电压穿越过程中的作用,并给出了有源Crowbar保护电路的相关参数,并对基于有源Crowbar的低电压穿越技术方案进行了仿真研究。仿真结果表明有源Crowbar在电网电压跌落期间保障了变流器的安全,使得系统可以向电网提供无功功率支持,满足了电网对双馈风电机组的无功功率要求。 最后,设计了有源Crowbar电路的主电路和驱动电路,研制了基于电阻形式的电压跌落发生装置,并在实验室90kW双馈电机实验平台上进行了低电压穿越实验。 通过实验研究了低电压穿越技术方案,实验结果表明Crowbar电路对提高双馈风电机组的低电压穿越能力是必要的,基于有源Crowbar的低电压穿越技术方案是可行的。 【关键词】：双馈风电机组 低电压穿越 有源Crowbar
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-15
• 1.1 风电发展状况10
• 1.2 双馈风电机组低电压穿越问题及解决途径10-14
• 1.2.1 双馈风电机组低电压穿越要求11-12
• 1.2.2 双馈风电机组低电压穿越技术及发展现状12-14
• 1.3 论文选题背景、意义及主要研究内容14-15
• 2 双馈风电机组的运行控制及暂态分析15-31
• 2.1 DFIG数学模型及控制策略15-20
• 2.1.1 双馈电机数学模型16-17
• 2.1.2 基于定子磁链定向的矢量控制17-20
• 2.2 电网电压跌落过程中双馈风电机组动态响应分析20-26
• 2.2.1 电压跌落过程中双馈感应发电机定转子磁链的动态响应21-22
• 2.2.2 电网电压跌落过程中双馈电机的定子电流分析22-23
• 2.2.3 DFIG机端三相短路后的转子电流分析23-26
• 2.3 电网电压跌落期间双馈电机响应特性的仿真研究26-31
• 3 Crowbar保护技术与仿真研究31-43
• 3.1 Crowbar电路结构与原理31-34
• 3.1.1 被动式Crowbar电路结构与原理32-33
• 3.1.2 主动式Crowbar电路结构与原理33-34
• 3.2 Crowbar阻值整定仿真研究34-38
• 3.3 基于有源Crowbar的低电压穿越策略仿真研究38-41
• 3.4 Crowbar故障情况下的仿真研究41-43
• 4 Crowbar电路设计及试验43-50
• 4.1 主电路设计43-44
• 4.1.1 晶闸管选型43-44
• 4.1.2 Crowbar电阻设计44
• 4.2 驱动板设计44-48
• 4.2.1 工作原理45
• 4.2.2 驱动电源设计45-46
• 4.2.3 信号传输电路设计46-47
• 4.2.4 驱动电路设计47-48
• 4.3 试验48-50
• 5 Crowbar保护技术实验及分析50-60
• 5.1 电压跌落装置研制及实验50-54
• 5.1.1 基于阻抗形式实现的VSG50-51
• 5.1.2 基于阻抗形式的VSG研制51-52
• 5.1.3 工作原理52
• 5.1.4 关键器件选择52-53
• 5.1.5 实验结果53-54
• 5.2 实验系统介绍54-56
• 5.2.1 硬件系统介绍54-55
• 5.2.2 系统软件介绍55-56
• 5.3 实验结果及分析56-60
• 6 结论60-61
• 参考文献61-63
• 附录A63-64
• 作者简历64-66
• 学位论文数据集66

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