基于等效电感策略的双馈电机低电压穿越研究

发布时间：2017-10-14 04:27

  本文关键词：基于等效电感策略的双馈电机低电压穿越研究

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【摘要】：随着环境污染和能源危机的日益严重,新能源以其清洁、低碳、可持续利用等优点受到了越来越广泛的关注。风能作为其中应用最广的可再生能源,近年来发展十分迅速,其在电力能源中所占的比重也逐渐增大,对电网的影响日益突出。为维持电力系统稳定,各国并网准则都要求风电机组具有低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)的能力,即在一定电网故障下保持不间断并网运行甚至向电网提供功率和电压支撑。双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)因造价低、励磁变频器容量小、有功无功可独立调节等优势成为了风电机组中的主流机型,但其定子直接并网的结构使得电网故障耦合至DFIG内部,影响到机组安全稳定运行。因此,必须从基础理论和关键技术层面上解决风电机组安全、可靠、高效的故障穿越能力问题。目前的LVRT研究主要集中在两个方面:改变变流器控制策略和以增加硬件保护为主的改变电路结构的方式。在改变变流器控制策略来实施保护方面,主要有灭磁控制以及改进矢量控制方案;硬件保护方面,目前实用化的技术主要是在转子侧投入Crowbar电阻泄能。本文对DFIG进行了数学建模,在充分了解其暂态过程的基础上,分析了故障期间转子侧过压过流的原因。在总结以上两种LVRT技术优缺点的基础之上,提出了一种以主动式Crowbar技术为基础,依靠变流器自身控制实现LVRT的方法,即在故障时,将感应电动势的端口特性控制成一个等效阻抗。通过理论分析,说明了此阻抗为电感特性时最有利于实现LVRT。然后,从电压电流特性的角度,对现有各种主流控制策略的端口特性进行了计算分析,结果表明,在故障期间,各控制策略的感应电动势端口都呈现一个纯电感特性。在此基础上,提出了一种新颖的基于等效电感的故障控制策略。在Matlab/Simulink中对本文提出的等效电感的控制策略进行了仿真验证,并且搭建了一台2.5kW双馈风力发电示范系统,结合电压跌落装置模拟电网故障,仿真和实验验证了该控制策略的可行性和有效性。相比于以灭磁为基础的变流器控制和以Crowbar为基础的硬件保护方式,该控制策略具有以下特点:(1)物理概念清晰;(2)控制方式简单,无需复杂的磁链分离环节和控制策略的切换;(3)转矩脉动接近于0;(4)在不同的故障期间,自适应的调节感应电动势端口等效电感的取值,与固定了灭磁系数或者跟踪系数的控制策略相比,该策略具有更高的鲁棒性和适应性,能最大限度的利用转子变流器,拓宽DFIG暂态可控故障范围;(5)与投入固定电阻的Crowbar保护相比,在故障期间,该方法无需额外增加硬件和封锁转子侧变流器,也不存在Crowbar阻值以及投切时刻的选取问题;(6)可将感应电动势端口的等效电感取值作为评判一种控制方法是否可实现低电压穿越的标准。
【关键词】：风力发电 双馈感应发电机 低电压穿越 感应电动势 等效电感
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 风力发电研究现状11-12
• 1.2 双馈电机LVRT技术研究现状及问题12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 2 双馈电机的暂态过程及端.特性分析16-34
• 2.1 双馈电机数学模型16-18
• 2.2 电网电压对称跌落时的DFIG暂态分析18-20
• 2.3 电网电压不对称跌落时的DFIG暂态分析20-22
• 2.4 双馈电机端.特性分析22-25
• 2.5 不同控制策略下端.阻抗特性分析25-30
• 2.6 各种控制策略下端.阻抗的共性及其物理意义分析30-33
• 2.7 本章小结33-34
• 3 基于等效电感的控制策略34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 转子电流指令生成34-37
• 3.3 等效电感选取37-41
• 3.4 基本控制框图及原理41-42
• 3.5 电磁转矩脉动分析42-44
• 3.6 等效电感控制策略的仿真分析44-49
• 3.7 本章小结49-50
• 4 实验验证50-57
• 4.1 实验平台搭建50-54
• 4.2 低电压穿越实验54-55
• 4.3 本章小结55-57
• 5 总结与展望57-60
• 5.1 本文总结57-58
• 5.2 未来研究展望58-60
• 致谢60-62
• 参考文献62-67
• 附录 攻读学位期间发表论文及参与研究的课题67

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本文编号：1029006