大容量風(fēng)電機(jī)組接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響研究

【摘要】：風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷提高,促使國(guó)際風(fēng)電技術(shù)的主要研究方向從電網(wǎng)正常條件下的運(yùn)行轉(zhuǎn)向電網(wǎng)故障條件下的穿越運(yùn)行。風(fēng)能屬于不可控的能源,風(fēng)電穿透率的提高會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)波動(dòng)與閃變,電網(wǎng)不斷對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入提出更高的規(guī)范要求,風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家紛紛提出了故障穿越的標(biāo)準(zhǔn)。本文以主流的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組和直驅(qū)型永磁同步風(fēng)電機(jī)組為研究對(duì)象,圍繞兩種不同風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越的相關(guān)問題進(jìn)行研究,通過理論分析以及建模仿真,驗(yàn)證了研究的正確性。 1、分析了兩種主流變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu),建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)空氣動(dòng)力模型及傳動(dòng)系統(tǒng)模型。 2、針對(duì)交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)組(DFIG),通過坐標(biāo)變換建立了兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的DFIG發(fā)電機(jī)及網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器的完整數(shù)學(xué)模型。提出了基于電網(wǎng)電壓定向的網(wǎng)側(cè)PWM變換器電壓、電流雙閉環(huán)控制策略；針對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器,計(jì)及定子電壓和勵(lì)磁電流,建立了兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的DFIG精確控制模型,提出了基于定子電壓定向的改進(jìn)矢量控制方案。通過仿真,驗(yàn)證了所建模型的有效性,為分析雙饋發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力奠定了基礎(chǔ)。 3、針對(duì)直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機(jī)組,首先建立了永磁同步發(fā)電機(jī)和PWM變換器的模型,分析了PWM變換器的能量傳輸,提出了采用電網(wǎng)電壓定向的網(wǎng)側(cè)變換器矢量控制策略,以及采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的機(jī)側(cè)矢量控制策略。仿真驗(yàn)證了所選方案的正確性,為分析永磁同步發(fā)電機(jī)組低電壓穿越能力提供了仿真平臺(tái)。 4、分別分析了兩種風(fēng)電機(jī)組在嚴(yán)重對(duì)稱電壓跌落時(shí)的控制方案。針對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組分析了Crowbar投切時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的影響,以及轉(zhuǎn)子Crowbar所串電阻的大小電網(wǎng)恢復(fù)的影響。針對(duì)水磁同同步發(fā)電機(jī)組,提出了直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的控制邏輯,采用儲(chǔ)能Crowbar,故障時(shí)無功控制策略實(shí)現(xiàn)了永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 雙饋異步發(fā)電機(jī) 永磁發(fā)電機(jī) 低電壓穿越 PWM變換器
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM315;TM732
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 課題背景13-14
• 1.1.1 能源與可持續(xù)發(fā)展13-14
• 1.1.2 風(fēng)能的特點(diǎn)14
• 1.2 全球風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀14-20
• 1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)形式20-22
• 1.3.1 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20
• 1.3.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20-22
• 1.4 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響22-24
• 1.4.1 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析23
• 1.4.2 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析23
• 1.4.3 低電壓穿越技術(shù)(LVRT)23-24
• 1.5 本文主要內(nèi)容24-26
• 第二章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型26-33
• 2.1 引言26
• 2.2 風(fēng)速模型26-28
• 2.3 空氣動(dòng)力學(xué)模型28-29
• 2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)模型29-32
• 2.4.1 三質(zhì)量塊模型29-30
• 2.4.2 兩質(zhì)量塊模型30-31
• 2.4.3 集中質(zhì)量塊模型31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模與控制策略33-55
• 3.1 引言33-34
• 3.2 網(wǎng)側(cè)PWM變換器的建模與分析34-37
• 3.2.1 三相靜止坐標(biāo)系中網(wǎng)側(cè)PWM變換器的數(shù)學(xué)模型34-36
• 3.2.2 任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中網(wǎng)側(cè)PWM變換器的數(shù)學(xué)模型36-37
• 3.3 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的建模與分析37-42
• 3.3.1 三相定子靜止坐標(biāo)系中DFIG的數(shù)學(xué)模型37-40
• 3.3.2 任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中DFIG的數(shù)學(xué)模型40-42
• 3.4 對(duì)稱故障時(shí)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略42-54
• 3.4.1 同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG等效模型43-46
• 3.4.2 基于電網(wǎng)電壓定向的網(wǎng)側(cè)PWM變換器電壓、電流雙閉環(huán)控制46-48
• 3.4.3 計(jì)及定子磁鏈電流動(dòng)態(tài)過程的DFIG矢量控制改進(jìn)方案48-51
• 3.4.4 算例仿真分析51-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模與控制策略55-66
• 4.1 引言55
• 4.2 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的建模55-58
• 4.2.1 永磁同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型55-57
• 4.2.2 永磁同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型57-58
• 4.3 PWM變流器數(shù)學(xué)模型58-62
• 4.4 PWM變換器控制策略62-65
• 4.4.1 電網(wǎng)電壓定向矢量控制62-64
• 4.4.2 網(wǎng)側(cè)PWM變流器系統(tǒng)仿真64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第五章 風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越運(yùn)行分析66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穿越運(yùn)行66-75
• 5.2.1 對(duì)稱電網(wǎng)故障下DFIG電磁瞬態(tài)過程分析66-69
• 5.2.2 基于轉(zhuǎn)子及直流環(huán)節(jié)雙重快速短接保護(hù)裝置的穿越運(yùn)行方案69-75
• 5.3 直驅(qū)型水磁發(fā)電機(jī)組穿越運(yùn)行75-80
• 5.3.1 低電壓穿越保護(hù)策略75
• 5.3.2 低電壓穿越仿真分析75-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文88-90
• 致謝90

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