计及控制系统PI参数影响的双馈风电机组暂态特性的研究

【摘要】：当前大规模风电系统的接入对电网安全稳定运行产生的影响正逐渐凸显,尤其时故障时对电网贡献的短路电流已不可忽视。而双馈感应风力发电机(DFIG)作为风电并网的主流机型,常规故障特性研究方法不再适用于对其短路电流的分析,且目前尚未形成系统的故障分析方法与解析计算模型,造成电力系统继电保护困难,严重威胁电力系统的安全稳定运行。本文首先详细分析了典型定向矢量控制策略下DFIG的工作原理以及数学模型,推导建立了DFIG的空间矢量模型,在PSCAD中搭建了完整风力发电机组仿真模型,并对模型在不同电压跌落程度下的运行特性进行了仿真分析,验证了模型的可行性。其次,分析了DFIG发生电压跌落时电机内部电磁暂态过程的物理机理,采用稳数学解析的方法,详细推导了机端电压轻度跌落的情况下,计及转子变流器电流内环控制时DFIG短路短路电流的解析表达式。并延伸研究了考虑双环控制系统情况下的定转子短路电流特性,分析了短路电流的频率成分与产生机理。最后,利用所得故障电流解析模型分析了变频器控制参数、短路时刻机组运行状况、电压跌落程度等因素对于短路电流的影响,并在搭建的电磁暂态模型中验证了表达式的正确性。本文对于电网故障下DFIG的故障机理及暂态特性展开了较为深入的研究,在仿真分析的基础上进一步向故障机理及故障量计算方法方向延伸,并针对电网电压跌落程度不深的情况下DFIG的故障特性进行了拓展,所提出的针对DFIG的故障量计算方法物理意义明确,计算结果经验证较为准确,为研究大规模风电并网下现行继电保护的适用性提供了理论支撑。 【关键词】：双馈感应发电机 控制系统 PI参数 短路电流 影响因素
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315;TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 双馈风电机组故障暂态特性研究现状12-14
• 1.3 现有研究的特点及面临的问题14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 双馈感应发电机组数学模型及仿真研究17-31
• 2.1 双馈风力发电系统运行原理17-18
• 2.2 双馈感应发电机的数学模型18-23
• 2.2.1 三相静止坐标系中双馈感应发电机瞬时值模型18-20
• 2.2.2 同步旋转坐标系中双馈感应发电机瞬时值模型20-22
• 2.2.3 双馈感应发电机空间矢量模型22-23
• 2.3 变频器控制模型23-27
• 2.3.1 转子侧变频器控制模型24-26
• 2.3.2 网侧变频器控制模型26-27
• 2.4 双馈感应风电机组模型仿真与分析27-29
• 2.5 电网故障下双馈感应发电机的保护措施和控制策略29
• 2.6 小结29-31
• 第3章 计及转子侧变频器控制系统的双馈感应发电机短路电流特性分析31-46
• 3.1 引言31-32
• 3.2 电网故障后双馈感应发电机的运行状况研究32-35
• 3.2.1 双馈风电机组运行的初始条件32-33
• 3.2.2 双馈感应发电机定子磁链动态特性分析33-35
• 3.3 计及转子侧变频器电流内环控制系统时双馈感应发电机的故障电流计算35-38
• 3.4 计及转子侧变频器双环控制系统时双馈感应发电机的故障电流计算38-42
• 3.5 仿真验证42-45
• 3.5.1 计及电流内环控制时仿真验证42-44
• 3.5.2 计及双环控制系统时仿真验证44-45
• 3.7 小结45-46
• 第4章 双馈感应发电机短路电流的影响因素分析46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 PI控制参数对双馈感应发电机短路电流的影响分析46-49
• 4.3 双馈感应发电机短路电流的影响因素分析49-52
• 4.3.1 机端电压跌落程度对短路电流的影响49-50
• 4.3.2 短路时刻对短路电流的影响50-51
• 4.3.3 转差率对短路电流的影响51-52
• 4.6 小结52-53
• 第5章 总结与展望53-56
• 5.1 结论53-54
• 5.2 工作展望54-56
• 参考文献56-60
• 附录60-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文和其他成果64-65
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目65-66
• 致谢66

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