大規(guī)模雙饋型風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性仿真研究

【摘要】：受化石能源日趨枯竭和全球環(huán)境日益惡化的驅(qū)動,風(fēng)力發(fā)電作為最有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?在世界范圍內(nèi)得到了快速地發(fā)展。然而統(tǒng)計顯示,我國很多風(fēng)電場在建起來后無法實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電,“并網(wǎng)難”問題已成為風(fēng)電發(fā)展的-個瓶頸,對風(fēng)電場和電網(wǎng)雙邊對并網(wǎng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行更加深入地研究在這個時候變得頗有意義。 本文以目前采用最為廣泛的雙饋風(fēng)電機(jī)組為研究對象,對變速恒頻原理,風(fēng)力機(jī)、軸系傳動機(jī)構(gòu)、雙饋電機(jī)和變流器等模塊的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了詳細(xì)地分析,并深入地研究了變槳距、最大功率跟蹤和矢量定向等控制技術(shù)。 針對風(fēng)電建模與仿真,對目前常用的幾種電力系統(tǒng)仿真工具進(jìn)行了比較,并在Matlab/Simulink和DIgSILENT中分別搭建了含有雙饋風(fēng)電場的電力系統(tǒng)模型。Matlab/Simulink中采用的電網(wǎng)模型比較簡單,主要用來對風(fēng)電機(jī)組自身的運(yùn)行特性進(jìn)行研究,仿真分析了雙饋風(fēng)電機(jī)組最大功率跟蹤運(yùn)行特性及組合風(fēng)速模型；DIgSILENT中采用了IEEE9節(jié)點電力系統(tǒng)模型,風(fēng)電場與電網(wǎng)之間使用了較長的輸電線路,風(fēng)電容量占電力系統(tǒng)全部容量的比例達(dá)13.6%,能較好地模擬我國風(fēng)電大規(guī)模遠(yuǎn)距離的特點,仿真分析了風(fēng)速擾動對含有雙饋風(fēng)電場電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響。 提出一種基于無功功率判定的Crowbar保護(hù)電路退出控制策略。低電壓穿越能力是風(fēng)電并網(wǎng)要求中的核心內(nèi)容,目前主要通過增加Crowbar保護(hù)電路來實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)發(fā)生大擾動情況下的低電壓穿越。Crowbar電路的投切時間對風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力影響很大,然而目前還沒有較好的Crowbar電路退出控制策略,本文系統(tǒng)地仿真了各種短路故障條件下,雙饋風(fēng)電機(jī)組電壓和電流、有功和無功功率、轉(zhuǎn)速等重要參量的動態(tài)響應(yīng)情況,并對機(jī)組的無功功率特性進(jìn)行了深入地數(shù)學(xué)分析,通過對機(jī)組輸出的無功功率進(jìn)行實時測量與判定,控制Crowbar電路在故障清除后立刻退出,改善了雙饋風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力。 通過對網(wǎng)側(cè)變流器控制策略進(jìn)行改進(jìn),使其在電網(wǎng)發(fā)生故障時運(yùn)行于STATCOM模式,并額外增加動態(tài)無功補(bǔ)償裝置,改善了故障清除后電網(wǎng)電壓的恢復(fù)情況；通過增加直流側(cè)耗能電路,有效快速地降低了電網(wǎng)發(fā)生故障時變流器直流母線過電壓；通過對轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制策略進(jìn)行改進(jìn),附加一個轉(zhuǎn)速穩(wěn)定環(huán)節(jié),使機(jī)組轉(zhuǎn)速在故障清除后快速地恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值。 仿真分析了Crowbar電阻不同取值對雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性的影響,指出Crowbar電路耗能電阻取值范圍的常規(guī)整定方法沒有考慮到耗能電阻與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的相互影響,并對Crowbar電阻的整定方法進(jìn)行了改進(jìn)。 本文從Crowbar電路退出控制策略的改進(jìn),進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償以穩(wěn)定機(jī)組端電壓,抑制直流母線故障過電壓和穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速四個方面提高了雙饋風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力。 【關(guān)鍵詞】：變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組 最大功率跟蹤 矢量定向控制技術(shù) 低電壓穿越 Crowbar保護(hù)電路 靜止同步補(bǔ)償器 直流側(cè)耗能電路 附加轉(zhuǎn)速穩(wěn)定器
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM614;TM743
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 課題背景13-15
• 1.1.1 能源與環(huán)境危機(jī)13
• 1.1.2 國際風(fēng)力發(fā)電發(fā)展情況13-14
• 1.1.3 國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展情況14-15
• 1.2 常用的風(fēng)電機(jī)組類型及其發(fā)展趨勢15-17
• 1.3 并網(wǎng)風(fēng)電場與電網(wǎng)之間的相互影響17-18
• 1.3.1 并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響17-18
• 1.3.2 電力系統(tǒng)對并網(wǎng)風(fēng)電場的要求18
• 1.4 變速恒頻風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)18-22
• 1.4.1 雙饋風(fēng)電場的并網(wǎng)方式18-19
• 1.4.2 風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 本文研究意義和主要工作22-23
• 1.6 本文章節(jié)安排23-25
• 第2章 變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型25-39
• 2.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組變速恒頻工作原理25
• 2.2 風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)模型25-29
• 2.2.1 葉素理論26-27
• 2.2.2 風(fēng)能計算27
• 2.2.3 貝茲理論27-29
• 2.2.4 風(fēng)能利用系數(shù)29
• 2.3 軸系傳動機(jī)構(gòu)模型29-30
• 2.4 雙饋異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型30-36
• 2.4.1 雙饋電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型30-33
• 2.4.2 雙饋電機(jī)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型33-34
• 2.4.3 雙饋電機(jī)能量傳遞關(guān)系34-36
• 2.5 網(wǎng)側(cè)變流器在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型36-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第3章 變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型39-54
• 3.1 風(fēng)力機(jī)槳距角控制原理39-40
• 3.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組最大風(fēng)能捕獲控制原理40-42
• 3.2.1 最大功率跟蹤控制原理41-42
• 3.2.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域階段42
• 3.3 坐標(biāo)變換及矢量定向控制技術(shù)42-44
• 3.4 網(wǎng)側(cè)變流器控制44-49
• 3.4.1 網(wǎng)側(cè)變流器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型44-45
• 3.4.2 網(wǎng)側(cè)變流器矢量定向控制45-49
• 3.5 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制49-53
• 3.5.1 雙饋電機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型49-50
• 3.5.2 雙饋電機(jī)矢量定向控制50-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 雙饋風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真54-74
• 4.1 仿真工具選擇54-56
• 4.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組最大功率跟蹤仿真56-61
• 4.2.1 Matlab/Simulink中含雙饋風(fēng)電場的電力系統(tǒng)模型56-58
• 4.2.2 仿真分析58-61
• 4.3 組合風(fēng)速模型61-64
• 4.4 風(fēng)速擾動對雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的影響64-73
• 4.4.1 DIgSILENT中含雙饋風(fēng)電場的電力系統(tǒng)模型64-70
• 4.4.2 仿真分析70-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第5章 雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)74-95
• 5.1 低電壓穿越技術(shù)簡介74-75
• 5.2 Crowbar保護(hù)電路75-77
• 5.3 Crowbar退出時間控制77-83
• 5.3.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組無功功率特性78
• 5.3.2 故障切除判定方法78-79
• 5.3.3 整定值計算79
• 5.3.4 仿真分析79-83
• 5.4 動態(tài)無功補(bǔ)償83-87
• 5.4.1 額外增加STATCOM83-84
• 5.4.2 網(wǎng)側(cè)變流器STATCOM運(yùn)行模式84-85
• 5.4.3 仿真分析85-87
• 5.5 直流側(cè)耗能電路87-89
• 5.5.1 直流側(cè)耗能電路原理87-88
• 5.5.2 仿真分析88-89
• 5.6 附加轉(zhuǎn)速穩(wěn)定器89-91
• 5.6.1 附加轉(zhuǎn)速穩(wěn)定器控制原理89-90
• 5.6.2 仿真分析90-91
• 5.7 Crowbar電阻取值91-94
• 5.7.1 Crowbar電阻取值范圍整定91-92
• 5.7.2 仿真研究92-94
• 5.8 本章小結(jié)94-95
• 總結(jié)與展望95-97
• 致謝97-98
• 參考文獻(xiàn)98-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的項目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文104

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對引進(jìn)西德SIMOREG—K小型變流器的評價    朱傳璽;

1000kW交直交系統(tǒng)變流器設(shè)計主要問題分析    吳茂杉

晶閘管變流裝置的故障監(jiān)視新方法    王清靈;劉峻;

交流傳動系統(tǒng)功率變換器發(fā)展概況綜述    嚴(yán)青;張曉光;萬淑蕓;王離九;

一種新型高功率因數(shù)變流器研究    文元美!廣州510643,康勇!武漢430074,詹長江!武漢430074,陳堅!武漢430074

O'ZBEKISTON型機(jī)車輔助電路設(shè)計    顏罡

三相單位功率因數(shù)變流器滑模變結(jié)構(gòu)控制    鄭穎楠;傅誠;楊曉波;

基于IGBT的磁懸浮列車車載變流器散熱器的設(shè)計    池浦田;李崇堅;朱春毅;唐磊;蘭志明;

基于三相電壓型逆變器STATCOM的研究    李樹卿;李世作;史建立;張志斌;

ABB ACS800系列和Siemens 6SE70系列工程型變流器的比較研究    朱安遠(yuǎn);

基于恒頻脈寬調(diào)制及多諧振技術(shù)的橋式零電流開關(guān)變流器    高潮;廖曉峰;

十二狀態(tài)法晶閘管變流器快速數(shù)字仿真    景武;

一種新型的零電壓開關(guān)雙向DC-DC變換電源    孫頻東;

基于預(yù)測控制技術(shù)的多電平Boost型功率因數(shù)校正開關(guān)變流器——分析，設(shè)計及電路實驗    高潮;

HX_D3型交流傳動電力機(jī)車試驗    王立民;劉會巖;

基于ADS8365高速同步采樣在變流裝置中的應(yīng)用    曹建文;

國內(nèi)首套1兆瓦再生制動回饋變流器成功投運(yùn)    記者 賈耀鐘　通訊員 朱選杰

“訓(xùn)風(fēng)”領(lǐng)域試比高    劉一丹

金風(fēng)科技引進(jìn)變流器模塊技術(shù)    本報記者 李瞧

國電1.5兆瓦風(fēng)機(jī)變流器在保下線    記者 謝輝

突破電網(wǎng)適應(yīng)性瓶頸國內(nèi)首臺5兆瓦風(fēng)電變流器亮相    本報記者 馬亮

IR新型變流器用芯片組投放市場    文宇

江蘇大全研發(fā)2兆瓦風(fēng)電變流器    胡圣海

本地化進(jìn)程加速 Converteam攜5兆瓦變流器搶灘中國    本報記者 馬亮

我雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器研制成功    潘海濱

株洲所完成一國家863項目    通訊員 雷新安

大容量雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)關(guān)鍵問題研究    周宏林

低速永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電變流器若干關(guān)鍵技術(shù)研究    楊恩星

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中雙變流器優(yōu)化聯(lián)合控制    賈俊川

永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)分布式直流并網(wǎng)變流器的研究與實現(xiàn)    張洪陽

兆瓦級雙饋式三電平風(fēng)電變流器關(guān)鍵技術(shù)研究    李淵

永磁同步直驅(qū)型全功率風(fēng)機(jī)變流器及其控制    汪令祥

基于LCL濾波器的三相三線并網(wǎng)變流器若干關(guān)鍵技術(shù)研究    仇志凌

DC-DC變流器的柔性變拓?fù)溲芯?nbsp;   陳威

變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)控制策略研究    張學(xué)廣

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制的相關(guān)研究    戰(zhàn)亮宇

大規(guī)模雙饋型風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性仿真研究    李鴻儒

雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制研究    張宇錕

風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)電壓跌落分析及其控制策略的研究    任其廣

直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電變流器控制研究    劉繼宗

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器技術(shù)的研究    侯李祥

小型單相并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電變流器的研究    馮其塔

牽引變流器故障診斷的研究    劉玲

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)側(cè)T型濾波器的設(shè)計及控制策略研究    邢介宇

雙饋風(fēng)電機(jī)組有源Crowbar技術(shù)研究    王文明

非互補(bǔ)有源箝位反激變流器的研究    黃秀成