风电机组励磁调节与低电压穿越技术研究

【摘要】：风力发电技术是一种清洁无污染的可再生能源技术。随着大规模集中型并网风电场以及风力发电容量占电力系统的比重越来越大,而电网建设速度的相对落后,风力发电对电网安全与稳定性的影响不容忽视。 双馈式风电机组是目前国内外风电机组的主流机型,具有变速恒频运行,有功、无功功率独立调节,变流器容量小等优点。电压骤降是电网常见故障,主要由输电线路短路或断路引起,当电网故障造成电压骤降时,对风电机组的安全持续运行形成了极大的挑战,各国纷纷建立符合各自国情的低电压穿越标准,所以提高双馈式风电机组低电压穿越的能力成为研究热点之一。本论文在研究各国电网导则对并网风电机组的要求的基础上,主要针对电网发生故障时,如何提高双馈式风电机组的低电压穿越能力进行了深入的研究。 论文首先对双馈式风电机组以及低电压穿越概念做了简单的介绍,指出了双馈电机与同步发电机、异步发电机的不同之处,分析了双馈电机变速恒频运行的基本原理。然后,建立了双馈发电机和变流器的数学模型,并简单介绍了双馈发电机组稳定运行时的转子侧定子磁链定向控制策略以及网侧变流器的电网电压定向控制策略。并对双馈发电机组的稳态运行做了Matlab/Simullnk仿真。然后分析了双馈发电机暂态电磁关系,对双馈感应发电机的暂态物理过程进行了解释。在理解电网短路故障时发电机的暂态物理过程的基础上,介绍了现有的针对电网故障时双馈电机不脱网运行的改进励磁控制策略。并通过Matlab/Simullnk仿真比较两种不同策略在电网故障时的低电压穿越能力,验证了该控制策略的有效性,为提高双馈式风力发电机组的低电压穿越能力提供了理论依据。最后,讨论了在电网电压大值跌落时撬棒电路的应用,通过旁路转子侧变流器来达到保护风力机组在电网电压大值跌落时不受损害,并通过Matlab/Simullnk仿真进行了验证。 【关键词】：风力发电 双馈电机 低电压穿越 励磁控制
【学位授予单位】：华北电力大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1. 国内外风力发电现状9-10
• 1.2. 双馈发电机组简介10-11
• 1.3. 关于低电压穿越技术的研究现状11-13
• 1.3.1. 低电压穿越的概念11-12
• 1.3.2. 低压穿越的解决办法12-13
• 1.4. 本文主要研究内容13-14
• 第2章 双馈发电机组的建模与控制14-24
• 2.1. 双馈发电机组的数学模型15-18
• 2.1.1. 双馈电机的数学模型15-16
• 2.1.2. 网侧变频器的数学模型16-18
• 2.2. 双馈发电机组的矢量控制策略18-22
• 2.2.1. 双馈电机的矢量控制18-20
• 2.2.2. 网侧变频器的矢量控制20-22
• 2.3. 双馈风电机组的运行仿真22-23
• 2.4. 本章小结23-24
• 第3章 双馈电机的瞬态分析24-30
• 3.1. 双馈发电机在F、B、O坐标系下的等效电路24-26
• 3.2. 双馈电机的瞬态分析26-28
• 3.2.1. 短路前的稳态电流26-27
• 3.2.2. 施加反向电压引起的响应电流27-28
• 3.3. 双馈电机突然短路电流28-29
• 3.4. 本章小结29-30
• 第4章 电网电压跌落时的双馈发电机组控制策略30-37
• 4.1. 电压跌落时双馈发电机定、转子磁链分析30
• 4.2. 转子侧变频器电网故障时的控制策略30-33
• 4.3. 网侧变频器电网故障时的控制策略33-36
• 4.3.1. 电网电压跌落时双馈机组网侧变频器的电磁关系33-34
• 4.3.2. 电网电压跌落时网侧变频器的控制与仿真34-36
• 4.4. 本章小结36-37
• 第5章 电网电压大值跌落时撬棒电路的应用保护37-42
• 5.1. 撬棒电路保护的原理37-39
• 5.1.1. 被动式撬棒电路原理37-38
• 5.1.2. 主动式撬棒电路原理38-39
• 5.2. 保护电阻对撬棒电路作用的影响39-40
• 5.3. 电网电压跌落时撬棒电路保护的仿真40-41
• 5.4. 本章小结41-42
• 第6章 结论与展望42-43
• 参考文献43-46
• 在学期间发表论文和参加科研情况46-47
• 致谢47

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