变速恒频风电机组的故障穿越研究

【摘要】：近年来随着我国风电场并网规模的扩大，风电对地区电网稳定性的影响不容忽视。新的风电场并网技术规定要求风机必须具有故障穿越的能力。本文主要研究了变速恒频风机的故障穿越保护和故障电压模拟发生器，并对仿真波形和实测波形进行了比较分析。 首先，在Matlab/Simulink中搭建了变速恒频风机的故障穿越模型，详细的分析了各个模块的特性和控制原理。其次，分别对双馈风机的转子侧Crowbar保护和直流母线电阻保护进行了仿真分析，结果表明可依据电网电压跌落的幅值来触发不同的保护，来达到低电压穿越的目的。对直驱风机而言，选择了直流侧的卸荷电阻和对网侧逆变器的无功控制来实现高、低电压的穿越的仿真。最后，介绍了试验中所使用的故障电压模拟发生器，分析了其设计原理，对实测的低电压穿越波形进行了分析，并把不同保护的实测波形和仿真波形进行了对比分析。 【关键词】：故障穿越 Crowbar保护 直流母线电阻保护 故障电压模拟发生器
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.2 电网故障下运行对风力发电机组的要求10-12
• 1.2.1 低电压穿越技术的要求11-12
• 1.2.2 高电压穿越技术的要求12
• 1.3 故障穿越的研究现状12-16
• 1.3.1 低电压穿越技术的研究现状12-15
• 1.3.2 高电压穿越技术研究现状15
• 1.3.3 故障穿越测试技术研究现状15-16
• 1.4 本文的主要工作16-17
• 第2章 风力发电机组故障穿越模型17-29
• 2.1 风力机模型17-19
• 2.1.1 风力机的空气动力学模型17-18
• 2.1.2 机械传动机构模型18-19
• 2.2 发电机模型19-21
• 2.2.1 双馈发电机模型19-20
• 2.2.2 直驱发电机模型20-21
• 2.3 变流控制模型21-25
• 2.3.1 双馈风机励磁控制模型21-24
• 2.3.2 直驱风机变流控制模型24-25
• 2.4 变桨控制模型25-26
• 2.5 故障穿越设备模型26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 风电机组的仿真分析29-47
• 3.1 双馈风机的低电压穿越技术仿真分析29-37
• 3.1.1 基于主动式 Crowbar 保护的仿真29-33
• 3.1.2 基于直流母线电阻保护的仿真33-35
• 3.1.3 基于主动式 Crowbar 和 DBR 保护的仿真35-37
• 3.1.4 结论37
• 3.2 直驱风机的低电压穿越技术仿真分析37-42
• 3.2.1 基于卸荷电阻和网侧变流器的保护实现37-39
• 3.2.2 直驱风机低电压穿越仿真分析39-42
• 3.2.3 结论42
• 3.3 直驱风电机组高电压穿越仿真分析42-47
• 3.3.1 高电压下网侧变流器的特性分析42-43
• 3.3.2 高电压下直驱风机的控制策略43
• 3.3.3 直驱风机高电压穿越仿真分析43-46
• 3.3.4 结论46-47
• 第4章 故障电压发生装置的设计与试验分析47-60
• 4.1 电网故障模拟发生装置47-50
• 4.1.1 基于阻抗形式的电压故障模拟发生装置47-48
• 4.1.2 基于变压器形式的电压故障模拟发生装置48-49
• 4.1.3 基于电力电子装置的电压故障模拟发生装置49-50
• 4.2 基于并联电抗器低穿越测试系统的设计50-53
• 4.3 低穿越测试试验分析53-55
• 4.3.1 小负荷情况下对称三相电压跌落54
• 4.3.2 大负荷情况下对称三相电压跌落54-55
• 4.4 实测结果与仿真结果对比分析55-59
• 4.4.1 双馈风机主动式 Crowbar 结构55-57
• 4.4.2 双馈风机直流 DBR 电路结构57-58
• 4.4.3 直驱风机直流卸荷电阻结构58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65-66
• 致谢66

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