電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的持續(xù)運行與變流控制

【摘要】：風(fēng)電作為緩解全球燃油枯竭、氣候變暖和環(huán)境惡化的一個主要能源形式而受到越來越多國家的重視。隨著并網(wǎng)風(fēng)電容量的不斷提高,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的相互作用也越來越強。一方面,風(fēng)電機(jī)組的運行性能直接影響到所并電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量,另一方面,實際運行中電網(wǎng)故障可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)性切機(jī),引起電網(wǎng)的擴(kuò)大化故障,給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)重的后果。因此從電網(wǎng)的安全角度考慮要求并網(wǎng)運行的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能滿足接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范,要求風(fēng)電機(jī)組能在電網(wǎng)故障下持續(xù)運行而不退出電網(wǎng),即風(fēng)電機(jī)組必須具備低電壓穿越(LVRT)能力。本文針對直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)在不對稱電網(wǎng)故障下的持續(xù)運行與變流控制進(jìn)行了研究,全文安排如下： 第1章介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；介紹了目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的主要機(jī)型,概述了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)的研究現(xiàn)狀。 第2章闡述了風(fēng)力發(fā)電的基本原理、風(fēng)輪機(jī)的功率特性和風(fēng)輪機(jī)功率的控制方法,探討了風(fēng)輪機(jī)最大風(fēng)能捕獲原理和最大功率輸出的控制策略,介紹了3種最大功率點跟蹤算法,為直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)在正常和電網(wǎng)故障情況下控制策略的最優(yōu)選擇提供有效的指導(dǎo)。 第3章在直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上,提出一種新的變流器控制策略,并在SIMUlink/MATLAB的環(huán)境下對兩種控制策略進(jìn)行了仿真和比較。由于新型控制策略中的功率環(huán)調(diào)節(jié)在網(wǎng)側(cè),其能量轉(zhuǎn)換的效率較傳統(tǒng)控制策略高,系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快,動態(tài)特性很好,穩(wěn)態(tài)后各項參數(shù)的性能也很優(yōu)越。同時,新型控制策略在沒有采用任何保護(hù)措施的情況下,也可使系統(tǒng)具有一定的低電壓穿越能力,為電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流器的控制提供了一種最優(yōu)的選擇。但傳統(tǒng)控制策略比新型控制策略在機(jī)側(cè)與直流母線電壓的穩(wěn)定性上更具有優(yōu)勢。然后構(gòu)建了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)實驗平臺,對風(fēng)電實驗系統(tǒng)各部分裝置的軟、硬件進(jìn)行設(shè)計,并通過實驗對所提出的新型控制策略的性能進(jìn)行驗證。 第4章首先闡述了風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)要求與直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)過程,介紹了電網(wǎng)的故障類型,提出了5種提高直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力的措施,接著闡述了抑制振蕩的阻尼控制器的設(shè)計。最后結(jié)合電容保護(hù)電路、槳距角調(diào)節(jié)、直流母線電壓調(diào)節(jié)和電網(wǎng)無功支持等控制策略,給出了實現(xiàn)直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越的控制結(jié)構(gòu)和仿真模型,并進(jìn)行了仿真。 第5章首先闡述了鎖相環(huán)的功能和結(jié)構(gòu),介紹了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器控制的電網(wǎng)同步化要求。接下來對現(xiàn)有的一些同步化方法進(jìn)行了研究與比較,然后探索出適合于電網(wǎng)不對稱故障下的網(wǎng)側(cè)變流器同步化方法。本章對單同步軟件鎖相環(huán)、解耦的雙同步坐標(biāo)系軟件鎖相環(huán)和二階通用積分器-正交信號發(fā)生器軟件鎖相環(huán)的工作原理和性能進(jìn)行了研究,重點對二階通用積分器-正交信號發(fā)生器同步化方法進(jìn)行了仿真和實驗研究,為直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組在不對稱電網(wǎng)故障下的持續(xù)運行提供可靠的信息。 第6章首先給出電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略和控制結(jié)構(gòu),探討了電網(wǎng)故障下保持直流母線電壓恒定的機(jī)理,提出了3種不同的電流控制器,在SIMUlink/MATLAB的環(huán)境下對3種電流控制器的性能進(jìn)行了仿真與比較。最后針對本文所提出的新型控制策略和第5章所提出的電網(wǎng)同步化方法,結(jié)合低電壓穿越控制策略在電網(wǎng)不對稱故障下對直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的持續(xù)運行與控制性能進(jìn)行了實驗驗證。 結(jié)論部分作為對本論文研究工作的總結(jié),介紹本研究的特點和創(chuàng)新之處,同時指出了進(jìn)一步研究工作的重點和方向。 【關(guān)鍵詞】：直驅(qū) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 電網(wǎng)同步化 變流器控制 電網(wǎng)故障穿越 阻尼控制器
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM315;TM301.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-13
• 插圖索引13-17
• 附表索引17-18
• 第1章 緒論18-33
• 1.1 課題研究的意義18-19
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢19-27
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要機(jī)型19-23
• 1.2.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀23-25
• 1.2.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢25-27
• 1.3 電網(wǎng)故障條件下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的一般問題27-31
• 1.3.1 直驅(qū)永磁風(fēng)電系統(tǒng)的功率變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)28
• 1.3.2 電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的控制模型與控制策略研究28-29
• 1.3.3 電網(wǎng)故障下風(fēng)電系統(tǒng)的保護(hù)措施29-30
• 1.3.4 網(wǎng)側(cè)變流器電網(wǎng)同步化方法的研究30-31
• 1.3.5 快速無功補償裝置的研究31
• 1.4 論文選題的背景及各章節(jié)安排31-33
• 第2章 直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組的功率特性與功率控制33-44
• 2.1 風(fēng)力發(fā)電基本原理33-36
• 2.1.1 風(fēng)輪的空氣動力學(xué)特性33-34
• 2.1.2 風(fēng)輪機(jī)的功率特性34-36
• 2.2 風(fēng)輪機(jī)的功率控制36-39
• 2.2.1 定槳風(fēng)輪與變槳風(fēng)輪36
• 2.2.2 風(fēng)輪機(jī)的功率控制方式36-39
• 2.3 風(fēng)輪機(jī)組功率控制策略39-43
• 2.3.1 額定風(fēng)速下發(fā)電機(jī)的控制40-41
• 2.3.2 額定風(fēng)速以上發(fā)電機(jī)的控制41-42
• 2.3.3 最大功率點跟蹤控制策略42-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第3章 直驅(qū)永磁風(fēng)電系統(tǒng)的變流控制策略44-73
• 3.1 直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與運行原理44-45
• 3.2 直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略45-65
• 3.2.1 變流器控制策略1(傳統(tǒng)控制策略)46-59
• 3.2.2 變流器控制策略2(新型控制策略)59-65
• 3.2.3 兩種控制策略的比較65
• 3.3 實驗研究65-72
• 3.3.1 實驗控制系統(tǒng)的硬件67-69
• 3.3.2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計69
• 3.3.3 實驗研究69-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 第4章 直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)73-94
• 4.1 風(fēng)電的并網(wǎng)要求73-77
• 4.1.1 頻率和有功功率控制74
• 4.1.2 短路功率級和電壓變化74-75
• 4.1.3 無功功率控制75-76
• 4.1.4 閃變76
• 4.1.5 諧波76-77
• 4.1.6 穩(wěn)定性77
• 4.2 直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)過程77-78
• 4.3 直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)的低電壓穿越技術(shù)78-93
• 4.3.1 電網(wǎng)電壓跌落概念78-79
• 4.3.2 電網(wǎng)故障下PMSG風(fēng)輪的低電壓穿越措施79-90
• 4.3.3 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越實現(xiàn)90-93
• 4.4 本章小結(jié)93-94
• 第5章 電網(wǎng)故障下網(wǎng)側(cè)變流器的同步化方法研究94-112
• 5.1 風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的電網(wǎng)同步化要求94-95
• 5.2 鎖相方法95-111
• 5.2.1 開環(huán)鎖相法95
• 5.2.2 閉環(huán)鎖相法95-111
• 5.3 本章小結(jié)111-112
• 第6章 電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行與控制112-126
• 6.1 電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略112
• 6.2 電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的控制112-121
• 6.2.1 電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)112-114
• 6.2.2 網(wǎng)側(cè)變流器中的電流控制器114-116
• 6.2.3 不平衡電壓下直流母線電壓的控制機(jī)理116-121
• 6.3 不對稱電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)仿真與實驗研究121-125
• 6.4 本章小結(jié)125-126
• 結(jié)論126-129
• 1.工作總結(jié)126-127
• 2.未來展望127-129
• 參考文獻(xiàn)129-137
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄137-138
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參與科研項目138-139
• 致謝139

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直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全功率并網(wǎng)變流技術(shù)的研究    陳瑤

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通用并網(wǎng)變換器同步鎖相環(huán)的研究    李育寧

永磁直驅(qū)風(fēng)電變流系統(tǒng)控制策略研究    孫延昭

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電網(wǎng)故障下PWM整流器在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用    譚劍中;李圣清;徐鳳星;蘭宇;

基于QIA的電網(wǎng)故障診斷    楊后東;祝志慧;

智能型電網(wǎng)故障診斷的總體實現(xiàn)    趙川;吳靜;

輸電網(wǎng)故障診斷研究綜述及發(fā)展    毛鵬,許揚,蔣平

雙饋型機(jī)組風(fēng)電場三相電網(wǎng)短路故障暫態(tài)特性分析    包能勝;朱瑞丹;倪維斗;

基于數(shù)據(jù)挖掘的電網(wǎng)故障關(guān)聯(lián)性分析與研究    魯慧民;馮博琴;

大型企業(yè)電網(wǎng)隨機(jī)諧振故障及診斷方法的研究    游芳;武良丹;張艷軍;

基于BPN方法的電網(wǎng)故障診斷    孟祥忠;隋媛媛;王立剛;張秀娟;

湖南電網(wǎng)故障的統(tǒng)計特性分析    劉韜文;

電網(wǎng)故障分層因果智能診斷系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)    段振國;高曙;楊以涵;

電網(wǎng)故障暫態(tài)行波波頭檢測方法    曾祥君;周延齡;林干;尹項根;陳德樹;

220kV電網(wǎng)故障信息管理系統(tǒng)規(guī)約體系的應(yīng)用研究    王皓;謝紅福;何鳴;

基于改進(jìn)蟻群算法的配電網(wǎng)故障后恢復(fù)重構(gòu)    盧志剛;文瑩;

信號注入比幅法在小電流接地電網(wǎng)單相接地事故診斷中的應(yīng)用    許云琪;萬峻;保佑智;

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基于Crowbar電路的雙饋感應(yīng)式發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越特性研究    李建林;朱穎;許洪華;

基于廣度優(yōu)先搜索的配電網(wǎng)故障恢復(fù)算法    張海波;張曉云;張莉;陶文偉;王俏文;

變電站自動化系統(tǒng)遙信去抖方法分析    歐陽永堅;郭建;魯國剛;

雙饋變速風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越控制    魏林君;遲永寧;趙建國;王偉勝;

青海電網(wǎng)故障信息管理系統(tǒng)全面開建    馬旭升

電網(wǎng)保持安全穩(wěn)定運行    記者 李洪明

新疆陸梁油田技改根治電網(wǎng)故障    記者 宋鵬　通訊員 初春生

重慶：“發(fā)燙”的電網(wǎng)保清涼    本報記者　 陸裕良 王金濤

電網(wǎng)“四處冒煙”,仍然撐起“清涼世界”    陸裕良、王金濤

GE：先進(jìn)技術(shù)助力風(fēng)電并網(wǎng)    GE能源亞洲首席咨詢師 史保壯

沉著守護(hù)大電網(wǎng)    本報記者 曹琰 陳也清 通訊員 賴宏毅

電網(wǎng)故障 鄭州建市以來首次全城停水    李林

保電煤：為了萬家燈火亮    張棋慧　齊作權(quán) 曹宇倩 本報記者 張毅 本報通訊員 田強

江西公司舉行反事故演習(xí)    薛永冰

電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的持續(xù)運行與變流控制    鄧秋玲

電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器運行控制    王萌

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越（不間斷）運行研究    胡家兵

雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)故障和不平衡條件下控制技術(shù)研究    胡勝

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穿越電網(wǎng)故障運行研究    張祿

微型電網(wǎng)故障分析及電能質(zhì)量控制技術(shù)研究    李盛偉

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障穿越技術(shù)研究    鄒和平

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

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流勵磁電源研究    趙仁德

數(shù)字化電力系統(tǒng)若干問題研究    蘇盛

在線地區(qū)電網(wǎng)故障仿真功能的研究與開發(fā)    趙娜

基于智能算法的配電網(wǎng)故障區(qū)間定位    柳濤

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障下不間斷運行的控制策略研究    祝佳麗

電網(wǎng)故障下全功率型風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)穿越研究    佟丹

電網(wǎng)故障情況下SVAG運行特性分析    趙正奎

永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的電網(wǎng)故障穿越策略研究    龍熹

用戶配電網(wǎng)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究    Khamsian

主動配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)研究    洪小雨

地區(qū)電網(wǎng)故障恢復(fù)方案的研究和輔助決策系統(tǒng)的開發(fā)    史永生

配電網(wǎng)故障區(qū)間定位技術(shù)的研究    史紅霞