电网故障下含FSIG和PMSG的混合风电场运行与控制研究

发布时间：2017-03-29 19:02

  本文关键词：电网故障下含FSIG和PMSG的混合风电场运行与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：因风电并网导则要求的日益严格及传统定速异步风电机组(fixed-speed induction generator,FSIG)的不可控性,针对定速异步风电场的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)改造方案的研究亟需开展。目前增加并联无功补偿设备来增强传统异步风电场故障穿越能力的技术方案得到国内外认可。随着风电产业在我国的大规模基地化发展,由不同装机类型的风电系统组成混合风电场成为并网风电场的主要构成方式。因此可以通过永磁直驱风电机组(permanent magnet synchronous generators,PMSG)在电网故障期间向邻近的异步风电机组提供暂态无功支撑以代替传统的无功补偿设备辅助定速异步风电场完成低电压穿越运行。本文以由FSIG和PMSG组成的混合风电场为研究对象,从保证混合风电场实现故障穿越运行、提高混合风电场输出电能质量的角度出发,对该类型混合风电场在电网对称、不对称故障下的运行与控制展开了深入研究。(1)建立了含电网线路参数的FSIG风电场等效模型,在此基础上分析了异步风电场在电网故障期间的暂态特性与功率特性,并进一步揭示了异步风电系统的临界切除转差与其实现低电压穿越所需无功补偿容量之间的关系,为进一步研究电网故障条件下混合风电场的容量配置奠定了理论基础。(2)分析了故障类型、位置以及PMSG风电场无功控制策略对混合风电场容量配置的影响,结合异步风电场功率-转差特性,提出了电网故障下混合风电场的容量配置方法,并通过仿真验证了所提容量配置方法的正确性。此外,进一步分析了线路参数及PMSG风电场无功容量对FSIG风电场故障穿越运行的影响,并通过仿真研究揭示了线路参数和无功容量与混合风电场故障穿越性能间的关系。(3)分析了不对称故障期间电网正负序电压间的耦合关系,并研究了不对称故障期间并网风电场的暂态无功支撑控制及负序电压抑制控制对电网电压的影响,在此基础上,提出了混合风电场的正负序协同控制策略。通过仿真验证了所提控制策略可在保证混合风电场动态无功支撑能力的同时,协同控制负序电流抑制电网负序电压,平衡PMSG风电场的运行行为对FSIG风电场运行性能及并网电能质量的负面影响。(4)建立了含FSIG和PMSG的混合风电实验系统,利用实验系统进一步验证了所提混合风电场容量配置计算方法的正确性。通过实验对FSIG风电系统分别在有、无PMSG提供暂态无功支撑下的故障穿越运行进行了深入研究。
【关键词】：风力发电 电网故障 混合风电场 容量配置 并网风电场运行与控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 风力发电技术发展背景8-9
• 1.2 国内外异步风电系统低电压穿越改造研究现状9-10
• 1.3 国内外永磁直驱风电系统低电压穿越技术研究现状10-11
• 1.4 混合风电场的国内外研究现状11
• 1.5 本文主要研究内容11-14
• 2 混合风电场建模及其在电网故障下的暂态运行特性及控制策略14-24
• 2.1 引言14
• 2.2 混合风电场拓扑结构与建模14-17
• 2.2.1 混合风电场拓扑结构14-15
• 2.2.2 FSIG风电系统和PMSG风电系统建模15-17
• 2.3 异步风电场暂态特性与功率特性分析17-21
• 2.3.1 异步风电场暂态特性分析18-19
• 2.3.2 异步风电场临界切除时间19-20
• 2.3.3 异步风电场功率特性分析20-21
• 2.4 电网故障下PMSG风电系统的控制策略21-22
• 2.4.1 机侧变换器的有功功率限制控制21-22
• 2.4.2 网侧变换器的正负序解耦控制22
• 2.5 本章小结22-24
• 3 电网对称故障下混合风电场的容量配置及其低电压穿越性能评估24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 对称故障下混合风电场的运行行为分析24-25
• 3.2.1 异步风电场的运行行为分析24-25
• 3.2.2 永磁直驱风电场的运行行为分析25
• 3.3 电网对称故障下混合风电场的容量配置25-31
• 3.3.1 故障类型与故障点的确定25-26
• 3.3.2 混合风电场的容量配置26-28
• 3.3.3 仿真验证28-31
• 3.4 混合风电场低电压穿越性能分析与评估31-34
• 3.4.1 线路参数对异步风电场低电压穿越运行性能的影响31-33
• 3.4.2 无功补偿容量对异步风电场机组转速恢复的影响33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 4 电网不对称故障下混合风电场的低电压穿越运行与控制策略研究36-60
• 4.1 引言36
• 4.2 不对称故障下电网电压各序分量的耦合关系分析36-41
• 4.2.1 单相接地短路故障下电网电压各序分量的耦合关系36-39
• 4.2.2 两相短路故障下电网电压各序分量的耦合关系39-40
• 4.2.3 两相短路接地故障下电网电压各序分量的耦合关系40-41
• 4.3 不对称故障下风电场运行行为对电网正负序电压的影响41-54
• 4.3.1 单相接地短路故障下风电场运行行为对电网正负序电压的影响41-43
• 4.3.2 两相短路故障下风电场运行行为对电网正负序电压的影响43-45
• 4.3.3 两相短路接地故障下风电场运行行为对电网正负序电压的影响45-47
• 4.3.4 仿真验证47-54
• 4.4 不对称故障下混合风电场的正负序协同控制策略54-59
• 4.4.1 混合风电场在不对称故障下的正负序协同控制策略54-55
• 4.4.2 仿真验证55-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 含FSIG和PMSG的混合风电系统实验研究60-66
• 5.1 实验系统构成60-61
• 5.2 实验研究61-65
• 5.2.1 异步风电系统并网稳定运行实验61-63
• 5.2.2 混合发电系统低电压穿越运行实验63-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 附录74-75
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录74-75
• B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录75

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