变速风电机组低电压穿越能力研究

【摘要】： 近几年来,我国风电装机容量在电力系统中所占比例越来越高,风力发电对电网的影响也越来越大;由于含有电力变流器的变速风电机组自身的优越性,在风力发电中的比重也越来越大。系统发生短路故障时,风电机组内部会产生过电流,出于对电力电子器件的保护和电网稳定运行的考虑,要求风电机组具有低电压穿越能力,保证系统故障后风电机组不间断并网运行。本文对变速风电机组的低电压穿越能力进行了研究,主要内容包括: (1)给出了双馈感应发电机和永磁同步发电机在同步旋转参考坐标系下的动态方程及静态方程的推导过程;对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统的轴系模型及桨距角控制模型进行了建模分析;最后给出了基于双馈感应发电机的变速风电机组和基于永磁同步发电机的直驱型变速风电机组的总体模型结构。 (2)对双馈变速风电机组和永磁直驱风电机组控制模型进行了分析与研究。给出了双馈机组转子侧变流器与永磁直驱机组电网侧变流器的解耦控制原理,以及相应的变流器控制器模型;给出了风力机控制系统的模型。 (3)阐述了双馈风电机组的低电压穿越能力对机组内部运行特性和电网运行特性的影响,并对双馈风电机组和永磁直驱风电机组的低电压穿越控制原理、模型以及实现策略进行了分析。 (4)通过仿真计算,研究了双馈风电机组低电压保护动作时间对机组本身和风电场运行的影响及直流环节电容容量对限制过电压的影响。针对直驱风电机组分析了低电压保护对机组的影响;对故障期间机组无功电流特性以及机组无功功率输出对电网电压的支撑特性进行了研究。 (5)建立了大规模风电群接入实际系统的仿真模型;对低电压穿越功能在大规模风电并网发电系统中的应用就行了分析,研究了低电压穿越功能对大规模风力发电运行的影响及意义。 【关键词】：双馈异步风电机组 永磁直驱风电机组 低电压穿越 变流器控制 运行特性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM315
【目录】：

• 目录5-8
• CONTENTS8-11
• 摘要11-12
• ABSTRACT12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 选题背景13-17
• 1.1.1 全球风力发电发展概括13-15
• 1.1.2 中国风力发电发展概括15-16
• 1.1.3 风电机组低电压穿越能力16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 风电机组模型及控制研究17-18
• 1.2.1.1 双馈异步风电机组17-18
• 1.2.1.2 永磁直驱风电机组18
• 1.2.2 风电机组低电压穿越能力研究18-20
• 1.2.2.1 双馈异步风电机组18-19
• 1.2.2.2 永磁直驱风电机组19-20
• 1.3 风电并网低电压穿越规定20-21
• 1.4 本文主要工作21
• 1.5 本文创新点21-23
• 第二章 变速风电机组建模23-39
• 2.1 风电机组介绍23-24
• 2.2 风轮的空气动力学模型24-26
• 2.3 机组轴系模型26-28
• 2.4 发电机模型28-38
• 2.4.1 双馈感应发电机模型28-33
• 2.4.1.1 双馈感应发电机动态模型29-32
• 2.4.1.2 双馈感应发电机稳态模型32-33
• 2.4.2 永磁同步发电机模型33-38
• 2.4.2.1 永磁同步发电机动态模型34-36
• 2.4.2.2 永磁同步发电机稳态模型36-38
• 2.5 小结38-39
• 第三章 风电机组控制系统39-49
• 3.1 仿真软件介绍39-40
• 3.2 双馈风电机组控制系统40-43
• 3.2.1 整机控制40-41
• 3.2.2 转子侧变流器控制41-43
• 3.3 永磁直驱风电机组控制系统43-46
• 3.3.1 整机控制43-44
• 3.3.2 网侧变流器控制44-46
• 3.4 风力机桨距角控制46-47
• 3.5 小结47-49
• 第四章 双馈风电机组低电压穿越研究49-59
• 4.1 引言49-50
• 4.2 双馈风电机组LVRT模型及其控制系统50-51
• 4.2.1 转子Crowbar模型50-51
• 4.2.2 桨距角控制51
• 4.2.3 LVRT控制51
• 4.3 双馈风电机组LVRT系统仿真51-57
• 4.3.1 算例系统51-52
• 4.3.2 仿真研究52-57
• 4.3.2.1 转子侧过电流分析52-55
• 4.3.2.2 直流环节过电压分析55-57
• 4.4 小结57-59
• 第五章 永磁直驱风电机组低电压穿越研究59-67
• 5.1 永磁直驱风电机组LVRT控制59-60
• 5.2 永磁直驱风电机组LVRT系统仿真60-65
• 5.2.1 算例系统60
• 5.2.2 仿真研究60-65
• 5.2.2.1 过压保护分析60-62
• 5.2.2.2 无功特性分析62-65
• 5.3 小结65-67
• 第六章 低电压穿越能力对大规模风电并网的影响67-73
• 6.1 引言67
• 6.2 算例系统67-68
• 6.3 仿真分析68-72
• 6.3.1 系统电压69-70
• 6.3.2 系统频率70-71
• 6.3.3 常规机组特性71-72
• 6.4 小结72-73
• 第七章 结论与展望73-75
• 7.1 全文结论73-74
• 7.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 在学期间参与项目和发表论文81-82
• 学位论文评阅及答辩情况表82

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