双馈风机故障穿越的优化灭磁控制研究
发布时间：2021-07-27 09:49
随着风力发电的蓬勃发展,风电在电力系统的比重不断增加。在各种风力发电机中,双馈异步风力发电机（Double Fed Induction Generator,DFIG）尺寸小、成本低,能解耦有功功率、无功功率,能对风速实现最大风能捕获,因此广泛应用于大型风电场中。双馈风机的定子直接连电网,很容易受到电网故障的影响。电网故障后,在风机定子侧会存在暂态磁链,可能造成转子绕组过电流和直流母线过电压,为确保双馈风机的安全运行,同时为了电网的安全,专家和学者提出许多的故障穿越策略,灭磁控制便是一种有效的策略。灭磁控制是加速定子暂态磁链衰减的有效方法,能有效的实现双馈风机的故障穿越。传统灭磁控制中,转子暂态电流的指令值与定子暂态磁链反相,但经分析发现,这种策略的效果并不理想,不能实现最优灭磁,浪费了变流器容量,限制灭磁控制的应用范围,不能充分发挥转子侧变流器在故障穿越中的性能。本文以同步速旋转坐标系中的DFIG模型为基础,推导定子暂态磁链的微分方程。研究发现,定子暂态磁链的衰减,受到定子阻抗参数的影响,也受转子暂态电流的作用,控制转子暂态电流便可影响定子暂态磁链的衰减,即可实现灭磁。然后,本文介绍传...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１１－２０１９年全球风机装机总量变化图（单位：■）??就风力发电而言，我国起步较晚，在２０世纪８０年代末期，我国建立了第??
山东大学硕士学位论文??２５０００??２００００??２００８＾?２〇〇９年?２〇１０年?２〇１１?年?２０Ｕ年?２〇１３年?２〇１４年?２〇１５年?２０１６＾?２０１７年?２０１８年?２０１９年??图１．２?２００８－２０１９年全国风电新增和累计装机容量（单位：ＭＷ）??目前中国己成为全球规模最大的风电市场，在全球风电领域具有着领袖地位，??对全球风力发电市场的健康发展具有重要作用，同时，风电技术也发展很快，兆??瓦级的风机已商品化。双馈异步风力发电机（ＤｏｕｂｌｅＦｅｄＩｎｄｕｃｔｉｏｎ?Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，?ＤＦＩＧ）??应用较广，究其原因，是此类风机有体积孝重量轻、所需变频器容量孝供电??质量高等特点，因此得到了广泛的应用。其定子侧直接与电网相连，容易受电网??故障的影响，为确保在电网故障时，风机保持运行，即确保风电机组的故障穿越，??专家和学者提出了很多的策略，将在下一部分中对这些策略进行简述。??１．２双馈风机的故障穿越技术概述??随着双馈风机装机容量的逐渐増加，其对电网的影响越来越大，为了确保电??网的安全运行，国内外专家学者提出很多的技术和策略来提高ＤＦＩＧ的故障穿越??能力，在前面也提到，目前的故障穿越技术大致分为增加硬件设备和引进转子侧??变流器控制两类。??撬棒比较常见，是保护ＤＦＩＧ转子变流器的较早方案，其可分类为被动撬棒??和主动撬棒技术［２：［１：［３：。被动撬棒也称“晶闸管（ＳＣＲ）”撬棒，电网故障时，且故??障严重时，接着转子撬棒就会动作，以保护风机。这种方式，可实现自我保护，??但不能支持故障电网。此外，在切除故障后，应用此方案，ＤＦＩＧ不能马上恢复工??作，需要撬棒退出。随着深入研
?；??山东大学硕士学位论文??第２章双馈风机的暂态模型??２．１双馈风机的系统结构??双馈异步发电机（ＤＦＩＧ）的尺寸小且运行灵活，在风电领域广泛应用。双馈??风机的定子侧直接连电网，转子侧连接转子侧变换器，定子与电网交换功率，转??子也能够馈电，故称为“双辣发电机。如图２．１，是双馈风机的系统结构图，??ＲＳＣ有多种结构，背靠背形式较常见，变换器为三相两电平电压型ＰＷＭ变换??器，或通过改进的串、并联结构连接，按其位置划分，可分为网侧变换器，及转??子侧变流器。??ｔ?—??／？／＾＼?［＿＿闕觥器明?Ｊ??ｄｆｋ０?Ｉ??——．：：??Ｉ＂?Ｔ－．ｗｉ??ｊ?ｒ?１ｈ懸Ｉ?／?—?????＿＿￡ｌ＿?ｊ?：??！?ｊ?Ｊ１?ｉ??Ｓ?：?「ＦＴ甘，ＴＴＴｌ＾Ｔｌ?１?异〒ｈ?｜??Ｉ?Ｉ?＊?幸??????－?????＿＿＿］??ｉ?４ｉ?ｉ?Ｌ?ｉ?＾?ｈｉ一?；???１?？?１?—＿?ｊ?丁?ｊ?一￣ｓ－ｉ一＾＾?；??￣￣「一??、???１?？?—■－■■■■Ｗ?－?？？?－？?ｔ－——？?－?．■■■■?ｔ．?－????图２．?１双馈风力发电系统??ＤＦＩＧ为双重特性，既有异步机的特点，又有同步机的特性，其运行频率可不??为同步转速，后者与同步频率与电机极对数有关，故称“异步发电机”。为确保??变速恒频，当发电机转速变化，或风速变化时，需改变转子励磁电流的频率，实??现定子输出频率恒定。电机学原理中，为转换机电能量，要求发电机定子磁场与??转子磁场静止，即两个旋转磁场的转速相同，或者说转子旋转磁场的转速（可通??过转子转速加
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略[J]. 谢震,孟浩,张兴,靳晓雯. 电力系统自动化. 2018(09)
[2]双馈异步风力发电机低电压穿越的软撬棒控制[J]. 杨晨星,杨旭,童朝南. 中国电机工程学报. 2018(08)
[3]基于等效转子电压的双馈感应发电机灭磁控制[J]. 马晓阳,杨洪耕. 四川大学学报(工程科学版). 2016(05)
[4]双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验[J]. 李少林,王伟胜,王瑞明,孙勇,陈晨. 电力系统自动化. 2016(16)
[5]双馈风电机组的高电压穿越控制策略[J]. 白恺,宋鹏,徐海亮,刘汉民,刘京波,张扬帆. 可再生能源. 2016(01)
[6]低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制[J]. 杨淑英,陈银,周天保,谢震,张兴. 电力系统自动化. 2015(04)
[7]非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略[J]. 杨淑英,陈刘伟,孙灯悦,谢震,张兴. 电力系统自动化. 2014(18)
[8]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)
[9]双馈感应发电机暂态性能精确计算及Crowbar电路参数优化[J]. 孟永庆,翁钰,王锡凡,魏磊,张磊. 电力系统自动化. 2014(08)
[10]基于解析法的电网故障时双馈风力发电机电磁暂态过程研究[J]. 杨淑英,孙灯悦,陈刘伟,张兴. 中国电机工程学报. 2013(S1)
本文编号：3305551
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１１－２０１９年全球风机装机总量变化图（单位：■）??就风力发电而言，我国起步较晚，在２０世纪８０年代末期，我国建立了第??
山东大学硕士学位论文??２５０００??２００００??２００８＾?２〇〇９年?２〇１０年?２〇１１?年?２０Ｕ年?２〇１３年?２〇１４年?２〇１５年?２０１６＾?２０１７年?２０１８年?２０１９年??图１．２?２００８－２０１９年全国风电新增和累计装机容量（单位：ＭＷ）??目前中国己成为全球规模最大的风电市场，在全球风电领域具有着领袖地位，??对全球风力发电市场的健康发展具有重要作用，同时，风电技术也发展很快，兆??瓦级的风机已商品化。双馈异步风力发电机（ＤｏｕｂｌｅＦｅｄＩｎｄｕｃｔｉｏｎ?Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，?ＤＦＩＧ）??应用较广，究其原因，是此类风机有体积孝重量轻、所需变频器容量孝供电??质量高等特点，因此得到了广泛的应用。其定子侧直接与电网相连，容易受电网??故障的影响，为确保在电网故障时，风机保持运行，即确保风电机组的故障穿越，??专家和学者提出了很多的策略，将在下一部分中对这些策略进行简述。??１．２双馈风机的故障穿越技术概述??随着双馈风机装机容量的逐渐増加，其对电网的影响越来越大，为了确保电??网的安全运行，国内外专家学者提出很多的技术和策略来提高ＤＦＩＧ的故障穿越??能力，在前面也提到，目前的故障穿越技术大致分为增加硬件设备和引进转子侧??变流器控制两类。??撬棒比较常见，是保护ＤＦＩＧ转子变流器的较早方案，其可分类为被动撬棒??和主动撬棒技术［２：［１：［３：。被动撬棒也称“晶闸管（ＳＣＲ）”撬棒，电网故障时，且故??障严重时，接着转子撬棒就会动作，以保护风机。这种方式，可实现自我保护，??但不能支持故障电网。此外，在切除故障后，应用此方案，ＤＦＩＧ不能马上恢复工??作，需要撬棒退出。随着深入研
?；??山东大学硕士学位论文??第２章双馈风机的暂态模型??２．１双馈风机的系统结构??双馈异步发电机（ＤＦＩＧ）的尺寸小且运行灵活，在风电领域广泛应用。双馈??风机的定子侧直接连电网，转子侧连接转子侧变换器，定子与电网交换功率，转??子也能够馈电，故称为“双辣发电机。如图２．１，是双馈风机的系统结构图，??ＲＳＣ有多种结构，背靠背形式较常见，变换器为三相两电平电压型ＰＷＭ变换??器，或通过改进的串、并联结构连接，按其位置划分，可分为网侧变换器，及转??子侧变流器。??ｔ?—??／？／＾＼?［＿＿闕觥器明?Ｊ??ｄｆｋ０?Ｉ??——．：：??Ｉ＂?Ｔ－．ｗｉ??ｊ?ｒ?１ｈ懸Ｉ?／?—?????＿＿￡ｌ＿?ｊ?：??！?ｊ?Ｊ１?ｉ??Ｓ?：?「ＦＴ甘，ＴＴＴｌ＾Ｔｌ?１?异〒ｈ?｜??Ｉ?Ｉ?＊?幸??????－?????＿＿＿］??ｉ?４ｉ?ｉ?Ｌ?ｉ?＾?ｈｉ一?；???１?？?１?—＿?ｊ?丁?ｊ?一￣ｓ－ｉ一＾＾?；??￣￣「一??、???１?？?—■－■■■■Ｗ?－?？？?－？?ｔ－——？?－?．■■■■?ｔ．?－????图２．?１双馈风力发电系统??ＤＦＩＧ为双重特性，既有异步机的特点，又有同步机的特性，其运行频率可不??为同步转速，后者与同步频率与电机极对数有关，故称“异步发电机”。为确保??变速恒频，当发电机转速变化，或风速变化时，需改变转子励磁电流的频率，实??现定子输出频率恒定。电机学原理中，为转换机电能量，要求发电机定子磁场与??转子磁场静止，即两个旋转磁场的转速相同，或者说转子旋转磁场的转速（可通??过转子转速加
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略[J]. 谢震,孟浩,张兴,靳晓雯. 电力系统自动化. 2018(09)
[2]双馈异步风力发电机低电压穿越的软撬棒控制[J]. 杨晨星,杨旭,童朝南. 中国电机工程学报. 2018(08)
[3]基于等效转子电压的双馈感应发电机灭磁控制[J]. 马晓阳,杨洪耕. 四川大学学报(工程科学版). 2016(05)
[4]双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验[J]. 李少林,王伟胜,王瑞明,孙勇,陈晨. 电力系统自动化. 2016(16)
[5]双馈风电机组的高电压穿越控制策略[J]. 白恺,宋鹏,徐海亮,刘汉民,刘京波,张扬帆. 可再生能源. 2016(01)
[6]低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制[J]. 杨淑英,陈银,周天保,谢震,张兴. 电力系统自动化. 2015(04)
[7]非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略[J]. 杨淑英,陈刘伟,孙灯悦,谢震,张兴. 电力系统自动化. 2014(18)
[8]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)
[9]双馈感应发电机暂态性能精确计算及Crowbar电路参数优化[J]. 孟永庆,翁钰,王锡凡,魏磊,张磊. 电力系统自动化. 2014(08)
[10]基于解析法的电网故障时双馈风力发电机电磁暂态过程研究[J]. 杨淑英,孙灯悦,陈刘伟,张兴. 中国电机工程学报. 2013(S1)
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