串联动态制动电阻的双馈风力发电系统低电压穿越技术研究

发布时间：2020-06-12 01:54

【摘要】：低电压穿越(Low voltage ride through,LVRT)能力已经成为大型风电场并网基本原则的要求之一。双馈感应风力发电机以其造价低、重量轻、调速范围宽和高可控性等优点,已成为当前国内外主要风电机型。但是因为双馈电机的定子侧直接与电网连接,更容易受到电网故障的影响,且转子励磁变频器容量较小,对其低电压穿越能力的提高有所限制,这也使得双馈风力发电系统的低电压穿越能力成为目前学术界和工程界研究的一大难题。本论文对双馈风力发电系统的低电压穿越能力继续研究。首先研究双馈风力发电系统的主要结构及运行特性,对双馈风力发电系统的空气动力学系统、变桨距控制系统、双馈风力发电机、变频器等进行模块化建模。其中,建立了三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的双馈风力发电机模型,并确定了基于定子磁链定向的转子侧变频器控制策略和基于电网电压定向的网侧变频器控制策略,从而完成了双馈风力发电系统的变速恒频运行以及对有功功率和无功功率的解耦控制。理论分析了当电网发生严重故障时双馈风力发电机组的电磁暂态特性,探讨在电网故障情况下双馈风力发电系统产生转子过电流以及直流母线过电压的根本原因。针对双馈风力发电系统低电压穿越的研究现状、国内外现行的低电压穿越标准以及现有的一些提高低电压穿越能力的方法进行研究和分析。当电网发生对称性严重故障时,采用目前应用最为普遍的转子撬棒电路(Crowbar)的低电压穿越方法,会失去对机组功率的控制。针对这一情况,通过仿真研究了此方法对系统的影响并分析了其中存在的问题。在此基础上提出了综合在转子侧选用串联动态制动电阻(the Series Dynamic Braking Resistor,SDBR)和在直流侧采用撬棒电路(chopper)且引入网侧变频器的故障越权控制的方法,进一步深入研究了采用串联动态制动电阻的低电压穿越方案的工作原理和控制流程。最后建立了基于PSCAD/EMTDC仿真软件的双馈风力发电系统模型,对电网发生严重对称及不对称故障时,在超同步和次同步两种情况下采用SDBR的方案进行了仿真研究,通过仿真验证了所提提高低电压穿越方案的有效性和优越性,并且通过时域仿真分析方法进一步对其参数进行了研究与设计。
【图文】：

拓扑图,保护电路,拓扑图,转子

(b) IGBT 型 Crowbar 保护电路图 1.11 转子侧保护电路拓扑图Fig.1.11 Topology of rotor side protection circuit转子侧保护电路的方法简单可靠，成本不高，并容易实现，能全并加快过电流的衰减，但仍存在明显的不足。文献[29,30]验保护电路的有效性，但指出当 Crowbar 电路工作时，双馈电机蜕机，电机将从电网中汲取无功功率作励磁，对电网电压的稳定 Crowbar 在不同运行情况下转换需要较为复杂的逻辑和控制策现暂态响应，选择不当时还会造成 Crowbar 第二次乃至多次动大电流的冲击，这不仅会影响双馈电机的正常运行，还会对电，Crowbar 电阻的阻值对低电压穿越效果也有大的影响，，Crow故障电流幅值越小，并且功率和转矩的振荡幅值也越小，但太过电压，促使故障电流经转子侧变频器进入直流母线，影响转系数，从而导致直流母线电压的泵升并加强其振荡幅值，而 C

内部模型,空气动力学

Fig.2.7 Control diagram of the grid side converter2.5 仿真模型的建立PSCAD/EMTDC 是世界上普遍采用的一款电磁暂态仿真软件，它关键用以对电力系统的时域和频域进行计算仿真，该软件也能适合于传统电子线路和可对等地用电路来描述系统的仿真分析，经典的运用是计算电力系统遇到干扰和参数变化的情况下，参数依据时间的变化规律。该软件富含规模极全的计算容量、完好且精准的元件模型库、平稳高能的计算内核和优良的开放性等特征，尤其是优良的图形用户界面让用户能采取图形添加的措施来处理一些冗杂的电路功能，相较于基于数学模型的 Matlab/Simulink 仿真软件来说，更容易被人们接受。本章在 PSCAD/EMTDC 下建立了双馈风力发电系统的基本仿真模型，其中包括空气动力学系统、变桨距控制系统、变频器模型及其控制系统模型，仿真如下：1) 空气动力学系统模型建立的空气动力学系统模型如下图 2.8 所示，其中输入量是桨距角 β、发电机转速 Wg以及风速 Vw，输出量是机械转矩 Tm、风能利用系数 Cp以及机械功率 Pm。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM614

【参考文献】