系统参数对双馈感应风电机组低电压穿越影响的分析与研究

【摘要】：目前兆瓦级变速恒频风力发电系统中双馈感应发电机（DFIG）占很大比重。随着双馈感应风力发电机组单机容量和风电总装机容量的不断增大，风电场、风力发电机与电力系统的相互影响变的越来越重要，研究电网故障下双馈感应风电机组的暂态稳定性、低电压穿越能力以及风电系统的保护措施具有重要意义。本文主要关注双馈感应风电机组电网故障工况下的暂态行为，研究的主要内容为：双馈感应风力发电系统数学建模、稳态功率解耦控制特性、风电机组低电压穿越技术标准以及采用crowbar保护电路的双馈感应风电机组低电压穿越性能研究。 为了更深入理解双馈感应发电机基本原理和稳态功率解耦特性，论文首先建立了包括双馈感应风力发电机以及双PWM励磁变流器数学模型。然后根据双馈感应发电机网侧励磁变流器电网电压定向和转子侧励磁变流器定子磁链定向的有功、无功功率解耦矢量控制原理，采用MATLAB/Simulink仿真平台搭建双馈感应风电机组仿真模型，对双馈感应风力发电系统的稳态功率解耦控制特性进行仿真研究。论文接着简单介绍了并网风力发电机组低电压穿越技术的基本概念、实现原理以及世界各国相关的风电并网低电压穿越技术标准，继而分析比较了现有各种常见的双馈感应风电机组实现低电压穿越的技术手段和保护措施，通过比较后建立了采用主动式crowbar保护电路的双馈感应风力发电系统暂态仿真模型。论文最后以暂态仿真模型为基础，仿真分析了双馈感应风力发电机在电网三相对称短路故障时的暂态电流和电磁转矩特性，研究了电网电压跌落情况下采用主动式撬棒保护电路的双馈感应风力发电机暂态过渡过程中撬棒电阻值对DFIG冲击电磁转矩影响的大小，分析研究了双馈感应风力发电系统的撬棒电阻和发电机参数等系统参数对DFIG瞬态电磁转矩的影响与关系，同时简要分析了电网非对称短路故障下crowbar电阻对参数不同的DFIG冲击电磁转矩的影响和关系。 本论文得到的双馈感应风力发电机在电网故障下暂态特性的分析结果以及对采用主动式crowbar保护电路的低电压穿越暂态性能研究的结论，将为含大容量风电机组和大容量风电场的电力系统暂态稳定性分析和研究提供一定的理论基础和决策支持。 【关键词】：风力发电 双馈感应发电机 电网故障 低电压穿越 crowbar电路
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM346
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 课题背景及意义8-11
• 1.2 国内外研究现状11-20
• 1.2.1 双馈感应风力发电系统的研究11-14
• 1.2.2 双馈感应风力发电机控制策略研究14-17
• 1.2.3 双馈感应风力发电机低电压穿越研究17-20
• 1.3 本文内容20-21
• 2 双馈感应风力发电系统数学模型21-36
• 2.1 双馈感应发电机的基本原理和特点21-23
• 2.2 DFIG 数学模型23-25
• 2.2.1 双馈感应发电机数学模型23-24
• 2.2.2 双 PWM 变流器模型24-25
• 2.3 DFIG 功率解耦矢量控制策略25-32
• 2.3.1 网侧变流器电网电压定向矢量控制策略26-28
• 2.3.2 机侧变流器定子磁链定向矢量控制策略28-32
• 2.4 DFIG 功率解耦特性仿真32-35
• 2.5 小结35-36
• 3 双馈感应风力发电机低电压穿越技术分析36-52
• 3.1 各国风电并网标准对低电压穿越能力的要求36-42
• 3.1.1 丹麦电网 LVRT 标准37-38
• 3.1.2 加拿大电网 LVRT 标准38
• 3.1.3 美国电网 LVRT 标准38-39
• 3.1.4 德国电网 LVRT 标准39-40
• 3.1.5 中国风电场 LVRT 标准发展40-42
• 3.2 双馈感应风力发电机低电压穿越的实现方法42-48
• 3.2.1 网侧变流器保护42-45
• 3.2.2 机侧变流器保护45-48
• 3.3 双馈感应发电机 crowbar 保护模型48-51
• 3.3.1 主动式 crowbar 保护电路模型48-49
• 3.3.2 crowbar 投切控制策略49-51
• 3.4 小结51-52
• 4 采用 crowbar 保护的 DFIG 低电压穿越性能研究52-67
• 4.1 电网短路故障时 DFIG 特性仿真52-59
• 4.1.1 电网短路故障时 DFIG 的冲击电流52-56
• 4.1.2 电网短路故障时 DFIG 的冲击转矩56-59
• 4.2 电网故障时系统参数对 DFIG 冲击转矩影响分析59-65
• 4.2.1 电网故障时不同撬棒电阻对 DFIG 冲击转矩的影响59-62
• 4.2.2 电网故障时撬棒电阻对不同电机参数 DFIG 冲击转矩的影响62-65
• 4.3 电网非对称故障时系统参数对 DFIG 的影响分析65
• 4.4 小结65-67
• 5 结论与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-76
• 附录 A76-77
• 附录 B77

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