直驅(qū)型永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)研究

【摘要】：環(huán)境保護和能源危機已成為世界各國需要面對的問題，而風(fēng)力發(fā)電作為最具規(guī)模化商業(yè)開發(fā)的新能源，近些年來得到了迅猛的發(fā)展。然而，風(fēng)電的迅猛發(fā)展使得風(fēng)電在電網(wǎng)總傳輸能量中所占比重不斷提高，穩(wěn)定安全運行問題日益凸顯，若電網(wǎng)發(fā)生短路故障后，大面積風(fēng)電場的離網(wǎng)會造成電網(wǎng)電壓和頻率的崩潰。在此背景下研究風(fēng)電低電壓穿越技術(shù)對風(fēng)電并網(wǎng)運行安全及其可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。 本課題針對直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越問題進行了較為詳細(xì)的研究。對直流側(cè)加裝耗能電阻與網(wǎng)側(cè)無功控制策略等傳統(tǒng)保護方案進行了分析探討，并提出了一種改進的控制策略來提高發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力，通過仿真驗證了該措施的可行性與正確性。 首先，研究了風(fēng)力機的基本特性，闡述了風(fēng)能到機械能的轉(zhuǎn)化原理及風(fēng)力機的功率特性，建立了PWM變流器的數(shù)學(xué)模型；分析了雙PWM變流器機側(cè)和網(wǎng)側(cè)的傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制策略，通過建模仿真，驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性和控制策略的有效性。 其次，分析了直驅(qū)型永磁同步風(fēng)機在電網(wǎng)電壓跌落故障下的動態(tài)特性，通過增加硬件保護電路和改變控制策略兩個方面對低電壓穿越問題的解決方案進行了論述，并對每一種方案的工作原理和實現(xiàn)方法進行了說明，并指出了各自的優(yōu)缺點。 然后，對基于耗能Crowbar的保護電路進行了設(shè)計，在三種不同的電網(wǎng)電壓跌落深度下進行了仿真研究。引入網(wǎng)側(cè)無功控制策略，提出組合保護方案，通過仿真表明此組合保護方案解決了單獨使用卸荷電阻所存在的電阻過熱和系統(tǒng)震蕩問題，有效的提高了所研究的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力。 最后，提出了一種改進的控制策略來實現(xiàn)機組的低電壓穿越能力。在電網(wǎng)電壓發(fā)生三相對稱跌落時，通過減小電機側(cè)輸出的功率來維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，同時網(wǎng)側(cè)逆變器向電網(wǎng)注入無功功率。所提控制策略省去了存在過熱問題的Crowbar硬件保護電路，并通過仿真分析驗證了其可行性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 直驅(qū)型 永磁同步發(fā)電機 低電壓穿越 改進控制
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 風(fēng)力發(fā)電研究的背景和意義10-15
• 1.1.1 國內(nèi)外風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.1.2 風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的發(fā)展概況12-14
• 1.1.3 本課題研究的目的及意義14-15
• 1.2 并網(wǎng)風(fēng)電中的低電壓穿越問題15-18
• 1.2.1 低電壓穿越的概念和必要性15
• 1.2.2 低電壓穿越的技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)15-17
• 1.2.3 低電壓穿越技術(shù)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 直驅(qū)風(fēng)電機組的數(shù)學(xué)建模及控制策略的研究20-35
• 2.1 直驅(qū)風(fēng)電機組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運行原理20-21
• 2.2 風(fēng)力機模型21-25
• 2.2.1 風(fēng)能向機械能的轉(zhuǎn)換21-23
• 2.2.2 風(fēng)力機的功率特性23-25
• 2.3 三相電壓型 PWM 變流器的數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.4 網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略27-29
• 2.5 機側(cè)變流器的控制策略29-31
• 2.6 雙 PWM 型永磁直驅(qū)風(fēng)電模型的仿真分析31-33
• 2.7 小結(jié)33-35
• 第3章 PMSG 低電壓運行特性分析及保護方案的綜述35-43
• 3.1 電網(wǎng)電壓跌落描述35
• 3.2 風(fēng)電系統(tǒng)的電壓跌落響應(yīng)特性分析35-38
• 3.3 PMSG 的低電壓保護方案綜述38-42
• 3.3.1 通過增加硬件來提高低電壓穿越能力的方案38-41
• 3.3.2 通過改進控制策略來提高機組的低電壓穿越能力41-42
• 3.4 小結(jié)42-43
• 第4章 耗能 CROWBAR 及網(wǎng)側(cè)提供無功保護方案的研究43-56
• 4.1 基于耗能 Crowbar 保護的風(fēng)電低電壓穿越技術(shù)的仿真43-50
• 4.1.1 耗能 Crowbar 保護電路控制實現(xiàn)方法43-44
• 4.1.2 卸荷電阻阻值大小的計算44-45
• 4.1.3 電網(wǎng)三種不同跌落深度下的仿真分析45-50
• 4.2 卸荷電阻和網(wǎng)側(cè)提供無功組合保護方案的仿真研究50-55
• 4.2.1 網(wǎng)側(cè)變流器提供無功支持策略50-52
• 4.2.2 組合保護方案的設(shè)計52-53
• 4.2.3 仿真分析53-55
• 4.3 小結(jié)55-56
• 第5章 改進控制策略下風(fēng)電機組低電壓穿越的研究56-63
• 5.1 風(fēng)輪特性的分析56-57
• 5.2 保護方案的設(shè)計57-59
• 5.2.1 改進的葉尖速比的控制57-58
• 5.2.2 槳距角的控制58
• 5.2.3 改進的電網(wǎng)側(cè)無功控制58-59
• 5.3 仿真分析59-62
• 5.4 小結(jié)62-63
• 第6章 結(jié)論與展望63-65
• 6.1 結(jié)論63
• 6.2 展望63-65
• 參考文獻65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果68-69
• 致謝69

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