双馈风电模型分析及机群聚合等值技术研究

发布时间：2017-09-30 21:41

  本文关键词：双馈风电模型分析及机群聚合等值技术研究

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【摘要】：随着风力发电装机容量的不断增大,风速发生波动以及风电场发生的内、外部故障对电网的影响日益显著。为保证电网的安全稳定运行,迫切需要分析风电场对电网的影响,因此,需要深入研究风电机组及风电场的模型。双馈式感应发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)为风电场的主流机型。本文系统地介绍了双馈风电机组的数学模型与控制策略。在此基础上,通过零极点配置、频域分析的方法得到机、网侧变流控制器参数的计算公式。为单机与等值机组的控制器参数计算提供依据。在单机模型的基础上,对风电场动态建模与等值进行了研究。分析机组各个参数等值前后的变化,并给出由单机参数到等值参数的转化公式。对于电气与机械参数,采用容量加权法；对于控制器参数,根据所得到的控制器参数计算公式,分别在有名值与标幺值情况下,给出控制器参数的转化公式。并仿真验证了机群聚合的正确性。Crowbar与去磁控制相结合的低电压穿越控制策略,由于可极小化Crowbar投入时间,并且在电压跌落时机组可发出无功功率,因此得到广泛的关注与研究。在理论分析电压跌落期间机组动态过程,同时考虑正、负、零序分量影响的情况下,建立了DFIG去磁控制模型。通过提取正、负零序分量,分别对定子磁链进行补偿,以保护转子侧控制器。详述了去磁控制策略中Crowbar投切判据,为后续进行的机群划分提供基础。风电场内部故障引起的区域性、多风电场连锁脱网事故会对电网造成严重影响。基于LVRT去磁控制,以故障后Crowbar投切为机群划分依据。首先,考虑转子侧控制器的影响,并且在不忽略转子电流的情况下,通过发电机状态方程计算故障后、Crowbar投入前这段时间定子磁链。然后,结合去磁控制的投切判据,计算转子所需去磁电流,从而判断Crowbar是否投切,并以此对风电场机组进行分群。分析风电场内部故障特点,提出了不改变集电网络结构与参数,通过非线性规划确定等值机组接入集电网络的位置。算例与仿真结果表明,本文所述方法能够准确反映故障前后风电场特性,为包含风电场发生内部故障时的电网稳定分析提供支持。
【关键词】：风电场 双馈式风电机组 等值建模 去磁控制 内部故障
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题背景11-13
• 1.1.1 风力发电发展与趋势11-12
• 1.1.2 风力发电技术所面临的问题与挑战12-13
• 1.2 风力发电技术研究现状13-19
• 1.2.1 风电机组类型13-15
• 1.2.2 风电机组低电压穿越技术研究现状15-16
• 1.2.3 风电场等值建模技术研究过程及现状16-19
• 1.3 本文的主要工作19-20
• 第2章 双馈式风电机组数学模型、控制策略及控制器参数计算20-42
• 2.1 双馈式风电机组数学模型20-24
• 2.1.1 风力机数学模型20-21
• 2.1.2 传动链数学模型21-22
• 2.1.3 发电机数学模型22-24
• 2.2 双馈式风电机组控制策略24-34
• 2.2.1 GSC控制策略25-27
• 2.2.2 RSC功率控制模式27-31
• 2.2.3 RSC转矩控制模式31-32
• 2.2.4 RSC转速控制模式32-34
• 2.3 控制器参数计算34-41
• 2.3.1 GSC控制参数计算34-36
• 2.3.2 RSC功率控制模式控制参数计算36-39
• 2.3.3 RSC转矩控制模式控制参数计算39-40
• 2.3.4 RSC转速控制模式控制参数计算40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 风电场等值机组参数计算方法及仿真验证42-57
• 3.1 风电场等值参数计算方法42-49
• 3.1.1 风速等值42-43
• 3.1.2 传动链参数等值43-44
• 3.1.3 发电机参数等值44-45
• 3.1.4 控制参数等值45-47
• 3.1.5 集电网络等值47-49
• 3.2 单机模型验证49-53
• 3.2.1 功率模式仿真验证50-52
• 3.2.2 转速模式仿真验证52-53
• 3.3 等值模型验证53-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 基于去磁控制的风电机组LVRT实现方法57-70
• 4.1 故障期间机组动态过程及去磁控制策略57-59
• 4.1.1 电网故障期间DFIG动态过程57-59
• 4.1.2 去磁控制策略59
• 4.2 去磁控制策略的实现59-67
• 4.2.1 序分量检测60-62
• 4.2.2 控制模型62-67
• 4.3 PSCAD仿真分析67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 基于去磁控制的风电场内部故障等值建模方法70-84
• 5.1 机群划分70-76
• 5.1.1 电压跌落瞬间定子磁链计算71-75
• 5.1.2 转子去磁电流指令计算75
• 5.1.3 Crowbar投切判断75-76
• 5.2 内部故障时集电网络处理方法76-79
• 5.2.1 风电场内部故障特性分析76
• 5.2.2 等值机组接入位置76-79
• 5.3 算例与仿真79-83
• 5.3.1 风电场详细模型79
• 5.3.2 风电场等值模型79-81
• 5.3.3 仿真验证81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第6章 结论与展望84-86
• 6.1 论文工作总结84-85
• 6.2 后续工作展望85-86
• 参考文献86-91
• 攻读学位期间取得的成果91-92
• 致谢92

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本文编号：950597