双馈风力发电变流器控制策略及低/高电压穿越技术研究
发布时间：2021-06-17 20:53
随着风电机组并网的容量占整个电网的比重不断增大,风力发电机组在电网故障下的穿越运行研究,成为了风力发电并网的重要研究方向。本文以双馈风力发电机组作为研究对象,分析了双馈风力发电机组在电网电压骤降、骤升故障下的低/高电压穿越运行的暂态特性。采用双馈机组网侧与转子侧变流器协同控制策略,相应的优化了硬件保护方案,并取得了预期的成果。在各种不同坐标系下建立了包括双馈风力发电机（DFIG）及网侧PWM变流器、转子侧PWM变流器的完整双馈风力发电机组数学模型。网侧PWM变流器采用空间矢量双闭环控制,并且加入负载电流反馈、电网电压前馈来补偿抑制负载的扰动,转子侧PWM变流器采用基于定子电压定向的矢量控制策略。基于MATLAB构建了单个双馈风电机组的仿真模型,模型包含低电压穿越硬件,变桨控制等,真实模仿实际系统的动态特性,为机组的穿越运行研究奠定了基础。在此基础上深入研究了低电压穿越（LVRT）工况下,转子侧与网侧变流器及辅助LVRT硬件的系统协同控制策略,基于并网导则,计算了LVRT时双馈变流器有功、无功功率输出能力,在低电压穿越时改进控制策略,通过网侧变流器向电网最大限度的反馈有功功率,有效降低了...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 背景意义
1.2 双馈风力发电低/高电压穿越运行保护研究现状
1.2.1 改进控制策略的LVRT低电压穿越保护
1.2.2 改进硬件控制电路的LVRT低电压穿越保护
1.2.3 HVRT高电压穿越保护策略
1.3 本论文的主要研究内容
第二章 双馈风力发电系统动态模型及控制
2.1 DFIG双馈风力发电机的数学模型
2.1.1 ABC三相静止坐标系下DFIG数学模型
2.1.2 DFIG在dq两相任意速旋转坐标系下的数学模型
2.2 网侧PWM变流器的建模及控制
2.2.1 ABC三相静止坐标系下网侧PWM变流器的数学模型
2.2.2 网侧PWM变流器在dq旋转坐标系下的数学模型
2.3 网侧PWM变流器在电网故障状态下的控制策略
2.4 本章小结
第三章 双馈风力发电系统低电压穿越技术研究
3.1 低电压穿越瞬态过程
3.1.1 电压跌落下双馈电机电流分析
3.1.2 Crowbar电阻cR的选取
3.1.3 直流母线侧Chopper卸荷电路
3.2 低电压穿越控制方案及优化
3.2.1 电网电压故障时DFIG的功率分布
3.2.2 网侧PWM变流器功率分布
3.2.3 转子侧PWM变流器功率分布
3.2.4 DFIG低电压穿越控制策略优化
3.3 低电压穿越仿真分析
3.3.1 仿真模型模块功能介绍
3.3.2 仿真结果分析
3.4 实验结果分析
3.5 本章小结
第四章 计及动态状态变量的DFIG高电压穿越控制策略
4.1 计及动态状态变量的DFIG改进控制策略
4.1.1 计入动态定子励磁电流的DFIG数学模型
4.1.2 转子侧变流器高电压穿越改进控制策略
4.2 高电压穿越变流器及保护电路耐受值测试
4.2.1 Crowbar、Chopper电路耐压测试
4.2.2 网侧、转子侧变流器IGBT测试
4.3 计及动态状态变量的高电压穿越控制策略仿真
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 后续工作展望
参考文献
附录 1
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]双馈风机组电压跌落保护装置的设计与研究[J]. 张楠. 山西大同大学学报(自然科学版). 2015(02)
[2]一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法[J]. 杨国润,肖飞,范学鑫,谢桢,王瑞田. 中国电机工程学报. 2015(03)
[3]风力发电机组高电压穿越技术研究[J]. 马伟娜,姚万业,白恺. 电网与清洁能源. 2014(08)
[4]大规模风电汇集系统静态电压稳定实用判据与控制[J]. 许晓菲,牟涛,贾琳,江长明,高洵,刘纯. 电力系统自动化. 2014(09)
[5]考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略[J]. 徐海亮,章玮,陈建生,孙丹,贺益康. 中国电机工程学报. 2013(36)
[6]风电机组高电压穿越技术研究[J]. 刘雪菁,朱丹,宋飞,王彤,苗亚. 可再生能源. 2013(11)
[7]大型风电场运行故障原因与对策[J]. 张雷,夏成军. 广东电力. 2013(10)
[8]对称电网电压骤升下双馈电机暂态分析[J]. 张兴,曲庭余,谢震,卢磊,宋海华. 电源学报. 2013(02)
[9]风电场的功率波动对电网电压稳定性影响研究[J]. 贾书杰,徐建源,朱钰,王刚,程绪可. 东北电力技术. 2013(02)
[10]双馈异步风力发电系统Crowbar保护研究[J]. 宋雨倩,赵猛,马芳芳. 山东电力高等专科学校学报. 2013(01)
博士论文
[1]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[2]基于资源与环境约束的中国能源供需格局发展研究[D]. 刘金朋.华北电力大学 2013
[3]双馈风力发电系统低电压穿越关键技术研究[D]. 程孟增.上海交通大学 2012
[4]双馈异步风力发电机系统电网故障穿越（不间断）运行研究[D]. 胡家兵.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于多目标优化算法的双馈风力发电机有源阻尼控制策略[D]. 余振.合肥工业大学 2013
[2]双馈风力发电变流器控制策略研究[D]. 詹龙.合肥工业大学 2013
[3]双馈风力发电系统低/高电压穿越技术研究[D]. 张健.华北电力大学 2013
[4]双馈异步风力发电机应对电网低电压穿越时的保护技术探究[D]. 王茂泽.天津大学 2012
[5]双馈风力发电系统在电网故障下不间断运行的控制策略研究[D]. 祝佳丽.河北工业大学 2012
[6]双馈风电系统低电压穿越技术仿真研究[D]. 高林燕.南京师范大学 2012
[7]双馈风力发电系统的低电压穿越性能分析与优化研究[D]. 孔宪国.华北电力大学 2012
[8]双馈风电机组有源Crowbar技术研究[D]. 王文明.北京交通大学 2011
[9]风电机组励磁调节与低电压穿越技术研究[D]. 姚嘉琨.华北电力大学（北京） 2011
[10]不平衡电压下双馈风力发电机组的控制策略研究[D]. 刘盟伟.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3235903
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 背景意义
1.2 双馈风力发电低/高电压穿越运行保护研究现状
1.2.1 改进控制策略的LVRT低电压穿越保护
1.2.2 改进硬件控制电路的LVRT低电压穿越保护
1.2.3 HVRT高电压穿越保护策略
1.3 本论文的主要研究内容
第二章 双馈风力发电系统动态模型及控制
2.1 DFIG双馈风力发电机的数学模型
2.1.1 ABC三相静止坐标系下DFIG数学模型
2.1.2 DFIG在dq两相任意速旋转坐标系下的数学模型
2.2 网侧PWM变流器的建模及控制
2.2.1 ABC三相静止坐标系下网侧PWM变流器的数学模型
2.2.2 网侧PWM变流器在dq旋转坐标系下的数学模型
2.3 网侧PWM变流器在电网故障状态下的控制策略
2.4 本章小结
第三章 双馈风力发电系统低电压穿越技术研究
3.1 低电压穿越瞬态过程
3.1.1 电压跌落下双馈电机电流分析
3.1.2 Crowbar电阻cR的选取
3.1.3 直流母线侧Chopper卸荷电路
3.2 低电压穿越控制方案及优化
3.2.1 电网电压故障时DFIG的功率分布
3.2.2 网侧PWM变流器功率分布
3.2.3 转子侧PWM变流器功率分布
3.2.4 DFIG低电压穿越控制策略优化
3.3 低电压穿越仿真分析
3.3.1 仿真模型模块功能介绍
3.3.2 仿真结果分析
3.4 实验结果分析
3.5 本章小结
第四章 计及动态状态变量的DFIG高电压穿越控制策略
4.1 计及动态状态变量的DFIG改进控制策略
4.1.1 计入动态定子励磁电流的DFIG数学模型
4.1.2 转子侧变流器高电压穿越改进控制策略
4.2 高电压穿越变流器及保护电路耐受值测试
4.2.1 Crowbar、Chopper电路耐压测试
4.2.2 网侧、转子侧变流器IGBT测试
4.3 计及动态状态变量的高电压穿越控制策略仿真
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 后续工作展望
参考文献
附录 1
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]双馈风机组电压跌落保护装置的设计与研究[J]. 张楠. 山西大同大学学报(自然科学版). 2015(02)
[2]一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法[J]. 杨国润,肖飞,范学鑫,谢桢,王瑞田. 中国电机工程学报. 2015(03)
[3]风力发电机组高电压穿越技术研究[J]. 马伟娜,姚万业,白恺. 电网与清洁能源. 2014(08)
[4]大规模风电汇集系统静态电压稳定实用判据与控制[J]. 许晓菲,牟涛,贾琳,江长明,高洵,刘纯. 电力系统自动化. 2014(09)
[5]考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略[J]. 徐海亮,章玮,陈建生,孙丹,贺益康. 中国电机工程学报. 2013(36)
[6]风电机组高电压穿越技术研究[J]. 刘雪菁,朱丹,宋飞,王彤,苗亚. 可再生能源. 2013(11)
[7]大型风电场运行故障原因与对策[J]. 张雷,夏成军. 广东电力. 2013(10)
[8]对称电网电压骤升下双馈电机暂态分析[J]. 张兴,曲庭余,谢震,卢磊,宋海华. 电源学报. 2013(02)
[9]风电场的功率波动对电网电压稳定性影响研究[J]. 贾书杰,徐建源,朱钰,王刚,程绪可. 东北电力技术. 2013(02)
[10]双馈异步风力发电系统Crowbar保护研究[J]. 宋雨倩,赵猛,马芳芳. 山东电力高等专科学校学报. 2013(01)
博士论文
[1]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[2]基于资源与环境约束的中国能源供需格局发展研究[D]. 刘金朋.华北电力大学 2013
[3]双馈风力发电系统低电压穿越关键技术研究[D]. 程孟增.上海交通大学 2012
[4]双馈异步风力发电机系统电网故障穿越（不间断）运行研究[D]. 胡家兵.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于多目标优化算法的双馈风力发电机有源阻尼控制策略[D]. 余振.合肥工业大学 2013
[2]双馈风力发电变流器控制策略研究[D]. 詹龙.合肥工业大学 2013
[3]双馈风力发电系统低/高电压穿越技术研究[D]. 张健.华北电力大学 2013
[4]双馈异步风力发电机应对电网低电压穿越时的保护技术探究[D]. 王茂泽.天津大学 2012
[5]双馈风力发电系统在电网故障下不间断运行的控制策略研究[D]. 祝佳丽.河北工业大学 2012
[6]双馈风电系统低电压穿越技术仿真研究[D]. 高林燕.南京师范大学 2012
[7]双馈风力发电系统的低电压穿越性能分析与优化研究[D]. 孔宪国.华北电力大学 2012
[8]双馈风电机组有源Crowbar技术研究[D]. 王文明.北京交通大学 2011
[9]风电机组励磁调节与低电压穿越技术研究[D]. 姚嘉琨.华北电力大学（北京） 2011
[10]不平衡电压下双馈风力发电机组的控制策略研究[D]. 刘盟伟.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3235903
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