双馈风力发电系统低电压穿越技术研究.pdf

《双馈风力发电系统低电压穿越技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号TM315密级公开双馈风力发电系统低电压穿越技术研究研究生姓名：明瑶指导教师姓名、职称：李圣清教授学科专业：电气工程研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学二〇一八年六月六日I摘要双馈异步风力发电机（Doubly-FedInductionGenerator,DFIG）为当今世界的主流风力发电机型之一。然而，由于DFIG的定子侧直接挂网，使得风电机组对电网的电压跌落故障十分敏感。因此，双馈型风电场在并网过程中亟须解决低电压穿越（LowVoltageRideThrough,LVRT）的问题。本文致力于兆瓦级DFIG的低电压穿越技术研究，分别从投入Crow

2、bar硬件保护电路和提出非线性控制策略两方面着手，使其满足在低电压故障时的并网标准。全文主要研究内容如下：首先分析了双馈风力发电的发展历史和研究现状，以及国内外双馈风力发电的LVRT的技术标准，综述了现今的主流控制策略。建立了风力机、DFIG及网侧变换器的数学模型，为研究其LVRT的方法奠定了相关理论基础。然后，为了实现DFIG机组在电网电压大幅跌落时的低电压穿越，从DFIG机组在电压跌落故障下的暂态数学模型出发，推导出了转子侧故障电流的计算式。从转子电流限制和直流母线电压限制两方面考虑，提出了一种符合工程实际的Crowbar阻值整定方法，解决了投入Crowb

3、ar硬件保护电路后转子侧出现过电流和直流母线过电压的问题。算例及仿真分析表明，所提阻值整定方法可显著提高风力发电系统在大幅电压跌落下的LVRT水平。同时，为了实现DFIG在电网电压小幅跌落时的低电压穿越，基于非线性控制理论，采用状态反馈线性化和坐标变换的方法，推导出了系统的非线性状态反馈表达式。运用线性最优化控制系统的设计方法，提出了一种基于输入输出反馈线性化的网侧变换器低电压穿越控制策略，实现了非线性系统的线性化并完成了相关控制器的设计。仿真结果验证了该方法的正确性，所设计的网侧非线性控制器能起到良好的控制作用，保证了风力发电系统在小幅电压跌落下的LVRT水

4、平。在理论推导的基础上，针对本文所提出的上述两种LVRT技术进行了相关仿真验证，仿真结果与理论分析能够相互吻合，验证了本文所提出的低电压穿越技术的有效性。关键词：双馈异步风力发电机，Crowbar阻值，低电压穿越，状态反馈线性化，直流母线电压IIABSTRACTDoubly-FedInductionGenerator,DFIGiscurrentlyoneofthemains-treamofwindpowergenerationintheworld.However,duetothedirectsuspensionofthestatorsideofDFIG,itm

5、akeswindturbinegeneratorsystemverysensitivetothevoltagedropfaultofthepowergrid.Thus,Doubly-FedwindfarmurgentlyneedstosolovetheproblemofLowVoltageRideThrough,LVRTintheprocessofgridconnection.ThisthesisisdevotedtotheresearchoflowvoltageridethroughtechnologyofmegawattDFIGwhichrespectiv

6、elystartsfrominputtingCrowbarhardwareprotectioncircuitandproposingnonlinearcontrolstrategytomakeitmeetthestandardofgridconnectionatlowvoltagefailure.Themaincontentsofthefulltextareasfollows:Firstly,thedevelopmenthistoryandresearchstatusofdoubly-fedwindpowergenerationaswellastechnica

7、lstandardofLVRTfordoubly-fedwindpowergenerationathomeandabroadareanalyzedsoastosummarizecurrentmainstreamcontrolstrategy.Theestablishmentofmathematicalmodelforwindturbine,DFIGandgridsideconverterwindturbinelaysatheoreticalfoundationforstudyingthemethodofLVRT.Then,inordertorealizeLow

8、VoltageRideThrougho