双馈风力发电系统中低电压穿越问题的研究

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1、辽宁工业大学硕士学位论文双馈风力发电系统中低电压穿越问题的研究专业:电力系统及其自动化研究生:邢秋月指导教师:李宝国教授辽宁工业大学电气工程学院二〇一五年三月MasterThesisStudyonDouble-fedWindPowerGenerationSystemLowVoltageRideThroughSpeciality:PowerSystemanditsAutomationCandidate:XINGQiu-yueSupervisor:ProfessorLIBao-guoLiaoningUniversityofTechnologyJin

2、zhou,121001,ChinaMarch2015摘要在全球能源危机、环境保护日益严峻的背景下，近年来新能源产业迅猛发展，风力发电技术取得了飞速的进步。电力系统中风机并网容量比重不断加大，在电网发生故障时，需要风电机组具备低电压穿越（LVRT）能力。本文以目前主流的双馈风电机组（DFIG）为研究对象，对三相短路故障下风机的低电压穿越特性展开深入研究。本文在详细分析DFIG三相对称故障时的暂态变化过程基础上，深入研究电压故障跌落对转子电流和直流侧电压的影响。随着电压跌落的加深，DFIG内部电气量的波动会愈加剧烈。针对电压跌落幅值的不同，采取相应

3、的控制策略。在电网发生小值电压跌落时，DFIG风机通过定子励磁电流动态变化的磁链补偿以及抑制转子绕组电流旋转分量的改进控制策略，在稳态控制策略的基础上，考虑电网故障跌落时DFIG的动态特性变化，能在很大程度上减小定、转子绕组的暂态电流波动，应用Matlab/Simulink，对不同跌落幅值下DFIG机组的动态性能进行仿真，改进控制策略可有效降低冲击电流幅值，提高双馈风机的低电压穿越性能。在大值电压跌落情况下，通过外加转子侧Crowbar电路实现DFIG的低电压故障穿越。着重分析了Crowbar电路的电阻阻值及投切时刻对低电压穿越的影响，从抑制转

4、子回路中出现的浪涌电流和直流母线过压两个角度，在公式上推导出Crowbar阻值的合理选取范围；在Crowbar的投切时刻上，考虑了直流电压和转子电流瞬时峰值的影响，并对故障切除前、故障结束时刻及故障切除后三种投切时刻深入仿真研究。最后提出双馈风电机组基于Crowbar电路的控制方案。通过仿真验证了Crowbar电路中阻值与投切时刻间的合理选择，对增强双馈风电机组的LVRT性能有优化作用。关键词：双馈风力发电；电压跌落；低电压穿越；Crowbar电路；变流器控制IAbstractUnderanincreasingconflictbetweenre

5、sourcesandenvironmentglobally,newenergyindustryisrapidlydevelopinginrecentyears.Thewindpowergenerationtechnologyhasalsomaderapidprogress.Aswindturbineinterconnectioncapacityproportionisrising,whenthepowergridfails,windturbinesneedtohavethecapabilityoflowvoltageridethrough(LV

6、RT).Thispaperfocusesonthecurrentmainstreamofdoubly-fedinductiongenerator(DFIG)astheresearchobject,andmakesadeepstudyofwindturbineslow-voltageresponsecharacteristicsinthree-phaseshort-circuitfault.Thisarticlemakesadetailedanalysisonthethree-phasesymmetricalfaulttransientchang

7、eprocessofDFIG.Onthisbasis,itanalysestheeffectofvoltagedropontherotorfaultcurrentsandDCbus.Asthevoltagedroptodeepen,thefluctuationofDFIGinternalelectricparameterswillbemoresevere.Amplitudesfordifferentvoltagedrops,itshouldbetakentheappropriatecontrolstrategy.Inthecaseofgridv

8、oltagedropoccursasmallvalueforDFIGthelowvoltageridethrough,thispaperusessta