双馈风电机组电磁暂态解析及Crowbar拓扑研究

发布时间：2017-09-06 15:11

  本文关键词：双馈风电机组电磁暂态解析及Crowbar拓扑研究

  更多相关文章： Crowbar电路 电磁暂态分析 低电压穿越 双馈电机 风力发电

【摘要】：随着经济和科技的快速发展,能源问题已成为当今社会所面临的重大问题。风能作为一种清洁可再生能源逐渐受到了重视。如今,风机装机容量逐年增加,对电网的穿透率也在逐渐上升。双馈电机(DFIG)由于其控制灵活、成本低、可变速恒频运行等优点,使其成为了大功率风电机组的主流机型。然而,由于DFIG特殊的控制拓扑结构使其对电网的扰动较为敏感,如何高性能地实现低电压穿越(LVRT)已成为双馈风电机组关键性技术问题。本文以电网故障下双馈风电机组的电磁暂态特性以及Crowbar保护电路为研究对象,主要内容可概括为：第一,建立了不同坐标系下DFIG的数学模型,并简要叙述了DFIG的运行原理和控制方法,在此基础上,搭建2MWDFIG仿真模型,对其控制方法的可行性进行仿真验证。第二,双馈风电机组LVRT问题之所以复杂,难以有效地解决,其问题根源在于电网电压发生跌落等变化时所激起的DFIG复杂的电磁暂态过程。对这一电磁暂态过程的深入分析和理解是该问题研究和解决的基础,同时也是分析研究机组对电网影响,尤其是对电网短路电流影响的关键。为分析DFIG这一复杂高阶系统的电磁暂态过程,本文从DFIG数学模型出发,创造性地提出了一种基于等效、叠加原理的解析分析方法,全面、准确地实现了DFIG电磁暂态过程的解析计算。该解析计算不仅囊括了通常进行的基于撬棒(Crowbar)瞬间投入假设的流行简化分析方式,而且对Crowbar投入前以及Crowbar延迟投入等实际情况进行了全面的解析分析和描述,完成了电磁暂态过程的相关特征分析与仿真验证。第三,本文将一个由低成本、高可靠性可控硅(SCR)器件和功率电阻构成的Crowbar电路融合于转子侧驱动变流器之中,并利用转子侧变流器相应IGBT开关器件的通断实现SCR的强迫换流关断,进而实现主动式Crowbar功能,并据此研究了两种基于SCR器件实现的主动Crowbar方案。本拓扑结构的改造能够采用低成本、高耐冲击力的SCR实现通常需要IGBT等高成本、低耐冲击能力的全控器件才能实现的主动式Crowbar功能。第四,在实验室搭建11kW DFIG实验平台,对DFIG矢量控制、电磁暂态解析以及Crowbar保护电路进行实验验证,实验结果验证了本文分析与设计的正确性及可行性。
【关键词】：Crowbar电路 电磁暂态分析 低电压穿越 双馈电机 风力发电
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-18
• 第一章 绪论18-29
• 1.1 课题研究背景18-20
• 1.2 风力发电机的主要类型20-22
• 1.3 风电机组实现LVRT的意义22-23
• 1.4 LVRT的研究现状23-27
• 1.4.1 硬件方案24-27
• 1.4.2 软件方案27
• 1.5 本文主要研究内容27-29
• 第二章 DFIG变流系统的建模与控制29-52
• 2.1 DFIG的数学模型29-41
• 2.1.1. 三相静止坐标系下的DFIG数学模型30-33
• 2.1.2 两相静止坐标系下的DFIG数学模型33-36
• 2.1.3 两相同步旋转坐标系下的DFIG数学模型36-38
• 2.1.4 DFIG数学模型的矢量形式38-41
• 2.2 DFIG的运行原理及其矢量控制策略41-51
• 2.2.1 DFIG的运行原理41-44
• 2.2.2 DFIG的矢量控制44-51
• 2.3 本章小结51-52
• 第三章 电网故障下DFIG电磁暂态过程分析52-91
• 3.1 电网电压故障类型52-60
• 3.1.1 对称分量法52-53
• 3.1.2 电网电压故障的不同类型53-60
• 3.2 电网故障时DFIG电磁暂态响应分析60-64
• 3.2.1 DFIG的电磁暂态物理概念及定性分析60-62
• 3.2.2 电网故障下DFIG的等效物理模型62-64
• 3.3 基于CROWBAR保护的电网故障时DFIG电磁暂态过程分析64-72
• 3.3.1 电网故障时DFIG的暂态响应65-69
• 3.3.2 解析结果的仿真验证69-72
• 3.4 计及转子电流控制动态的电网故障时DFIG电磁暂态过程分析72-79
• 3.4.1 电网故障时DFIG的暂态响应72-77
• 3.4.2 解析结果的仿真验证77-79
• 3.5 CROWBAR延迟投入情况下DFIG电磁暂态过程解析79-89
• 3.5.1 近似解析80-85
• 3.5.2 精确解析85-89
• 3.6 本章小结89-91
• 第四章 基于SCR的主动式CROWBAR电路及其控制91-112
• 4.1 常见的CROWBAR电路91-94
• 4.2 SCR CROWBAR电路原理分析94-102
• 4.2.1 结构一95-98
• 4.2.2 结构二98-102
• 4.3 SCR CROWBAR电路的性能102-110
• 4.3.1 与常规IGBT Crowbar电路的对比102-105
• 4.3.2 基于SCR Crowbar电路的LVRT运行仿真105-110
• 4.4 本章小结110-112
• 第五章 DFIG的实验研究与分析112-136
• 5.1 实验平台介绍112-119
• 5.1.1 DFIG系统实验室模拟平台结构概述112-115
• 5.1.2 硬件电路115-119
• 5.1.3 控制算法119
• 5.2 DFIG矢量控制实验研究119-123
• 5.3 DFIG电磁暂态解析的实验验证123-128
• 5.3.1 Crowbar瞬时投入的情况123-124
• 5.3.2 Crowbar不投入的情况124-125
• 5.3.3 Crowbar延迟投入的情况125-128
• 5.4 SCR主动式CROWBAR电路及LVRT运行的实验研究128-135
• 5.5 本章小结135-136
• 第六章 总结和展望136-137
• 参考文献137-144
• 附录A144-146
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况146

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本文编号：803851