直驱式风电系统低电压穿越期间模型建立与研究

【摘要】：随着全世界对能源需求的高速增长，风能的开发利用成为了关注的焦点，近年来风力发电在电网系统中的比例不断攀升，风电与电网之间的相互影响已经成为当前的研究重点。各个国家制定了风电机组并网的技术要求，主要包括低电压穿越能力、无功功率控制和有功功率变化率控制等，而低电压穿越能力是风力发电系统研究设计控制技术上的最大难题，直接影响风力发电机和电网的安全使用。我国已经出台风电场接入电力系统技术规定，要求风电机组在电网电压跌落时能够保持不脱网运行，系统具有一定的低电压穿越的能力。因此,风电系统低电压穿越能力的研究具有现实意义。 本文以1500kW直驱式同步风力发电机组为研究背景，主要研究风电系统在电压跌落的情况下的动态性能，分析电网电压不同类型和不同深度的跌落对风电系统的影响，为低电压穿越的模型优化设计提供参考。 首先，通过研究风力机和永磁同步发电机的特性和运行机理，搭建了直驱式永磁风力发电机组各结构的模型，本文主要研究了风力机模型、永磁同步发电机数学模型和变流器模型，并建立了基于阻抗形式的低电压穿越的模拟方案，从而搭建了整个低电压穿越的仿真系统模型。 其次研究了双PWM变流系统电机侧变流器和网侧变流器的控制策略。通过风能利用系数分析风力发电系统最大风能捕获原理，研究了发电机转子磁场定向矢量控制原理，机侧整流器采用d轴电流为零的控制策略，网侧PWM网侧逆变器的双环控制策略的设计和SVPWM的仿真分析。 利用仿真软件搭建了1500kW风电系统并网的低电压穿越仿真模型，分别在空载、小负荷和大负荷的情况下，就电网发生三相短路和单相短路进行低电压穿越的仿真实验。结果表明，直驱式同步发电机系统仿真模型能够实现低电压穿越测试。为今后的模型优化，以及改进实验方法提供了依据。 【关键词】：风力发电 低电压穿越 永磁同步发电机 变流器 仿真
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 国内外风力发电发展现状10-12
• 1.2 风力发电技术的发展现状12-14
• 1.3 低电压穿越的研究现状14-16
• 1.3.1 低电压穿越的概述14-15
• 1.3.2 低电压穿越技术国内外发展现状和方向15-16
• 1.4 本论文的主要研究内容16-18
• 第二章 直驱式同步风力发电系统的研究及数学模型18-29
• 2.1 直驱式同步发电机组的工作原理及特性18-19
• 2.2 风力机的数学模型19-21
• 2.3 永磁同步发电机数学模型21-24
• 2.4 网侧逆变器数学模型24-28
• 2.4.1 三相静止坐标下的数学模型24-26
• 2.4.2 两相同步旋转坐标系下的数学模型26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 风电系统变流器的控制策略研究29-49
• 3.1 最大风能追踪控制29-30
• 3.2 电机侧变流器的矢量控制策略30-33
• 3.2.1 转子磁场定向矢量控制原理30-31
• 3.2.2 d轴电流为零的控制策略31-33
• 3.3 电网侧变流器的矢量控制策略33-45
• 3.3.1 网侧PWM变换器控制器设计33-37
• 3.3.2 SVPWM原理与实现37-43
• 3.3.3 SVPWM的仿真分析43-45
• 3.4 低电压穿越控制方案45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 直驱式风力发电系统低电压穿越模型建立与仿真49-69
• 4.1 电网电压跌落模型的仿真49
• 4.2 电网电压三相跌落50%的系统仿真49-55
• 4.3 电网电压单相跌落50%的系统仿真55-59
• 4.4 电网电压三相跌落20%的系统仿真59-64
• 4.5 电网电压单相跌落20%的系统仿真64-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 结论69-70
• 参考文献70-73
• 研究成果73-74
• 致谢74

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