基于可变频变压器的风力发电系统低电压穿越控制

发布时间：2017-11-13 22:26

  本文关键词：基于可变频变压器的风力发电系统低电压穿越控制

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【摘要】：笼型异步发电(squirrel cage induction generator,SCIG)系统为恒速恒频风力发电系统,结构简单可靠、成本低廉、故障率低、维护工作量少,但其低电压穿越能力不佳。双馈异步发电(Doubly-fed induction generator,DFIG)系统是目前主流的变速恒频风力发电系统,调速范围宽、发电效率高、有功和无功功率可独立调节,但因其定子绕组直接并网、小容量励磁变换器控制能力有限,抗电网电压波动能力不佳。随着风电装机规模的不断扩大,故障期间的风力机运行特性对电网影响愈加显著,提高风电机组的低电压穿越能力具有重要意义。传统DFIG矢量控制设计,以忽略定子励磁电流动态过程的三阶模型为基础,电网电压发生跌落故障时,不能有效控制。为提高故障下DFIG系统低电压穿越能力,建立了计及定子励磁电流变化的数学模型；针对机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar阻值整定范围。基于Matlab/Simulink平台,仿真分析不同Crowbar退出时问和阻值对DFIG系统低电压穿越的影响。研究表明,为防止电网电压恢复时转子Crowbar电路再次动作,可采取电网故障消除后切除Crowbar电路的方案；在约束范围内,Crowbar电路阻值增大有利于加速暂态电流衰减,提高系统低电压穿越能力。为解决SCIG系统的低电压穿越问题,提出故障下增设可变频变压器(Variable Frequency Transformer,VFT)装置的控制方案。通过分析SCIG数学模型,研究电网电压发生跌落故障时SCIG转速和端电压失稳原因；通过控制低电压穿越期间VFT转速,控制SCIG定子电流频率；为实现低电压穿越,通过变桨距控制延缓风力机加速,限制发电机的转差率。仿真结果表明,在电网电压发生跌落故障时,通过VFT转速和风力机桨距角的协调控制,可提高SCIG风电机组的低电压穿越性能。通过分析Crowbar电路动作后DFIG系统的无功吸收特点,可知随着转差率增大,DFIG从电网吸收的无功功率将急剧增加,提出故障下增设VFT装置的控制方案。仿真验证表明,故障期间,快速调节VFT转速可抑制电机转差率增大,减少无功功率吸收,有助于电网电压恢复,提高DFIG风电机组的低电压穿越性能。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614

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