双馈风力发电机组并网对系统频率稳定性影响的研究

发布时间：2017-07-15 22:10

  本文关键词：双馈风力发电机组并网对系统频率稳定性影响的研究

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【摘要】：目前最为广泛使用的双馈感应风电机组(DFIG风电机组),依靠换流器,使得双馈感应发电机(DFIG)的转子与电网相接,该结构使得转子的转速与电网的频率解耦,系统整个惯量减少,增加了电网一次调频的难度,确保风电并网后对系统频率稳定性的影响成为风电研究中重要课题。首先分析了DFIG机组的运行特性,研究了DFIG风电机组主要构成和数学模型；基于PSCAD/EMTDC平台设计了风力机模型和PWM功率变换器模型以及功率变换器的控制模型；基于滞环矢量控制技术、SPWM脉宽调制技术,给出电网侧变换器的双闭环控制策略下的PI控制器的设计；其次在PSCAD/EMTDC仿真平台下搭建了WSCC (Western Systems Coordinating Council)3机9节点算例系统和2MW的双馈感应风力发电机组模型,仿真研究了等值的DFIG风电机组并入电网后对系统频率稳定性的影响,其中包括DFIG风电机组并网后在风速、电网扰动、风电场容量、旋转备用容量因素的变化对系统频率的影响；仿真得到当电网侧发生最严重故障或者扰动后对系统频率产生的波动影响大于风场中所能承受的最大风速波动对频率的影响,在传统的DFIG机组中没有任何频率控制的模块,增加同步发电机旋转备用容量能有效的抑制频率的大幅波动,也能减轻系统一次调频的负担；最后仿真研究分析了不具备低电压穿越能力的DFIG机组并网对系统频率响应的影响,给出了对所采用的原有DFIG风电机组进行改进,利用转子变换器并联Active Crowbar电路和直流母线电容器并联卸荷电路来保护变流器的方法,并设计了它们各自的控制策略；为了解决在电网故障期间,Crowbar电路的投入,使得系统无功功率的需求增大,影响电网电压恢复；在网侧变流器的功率容量范围内,本文提出了改进原有网侧变流器的无功控制策略,当系统发生故障时为系统提供无功的支持,帮助电网故障恢复；同时在电网恢复后,还能向电网继续发出无功功率,以助于加快机端电压恢复,从而实现低电压穿越中的无功功率要求,最后以改进后的2MW DFIG风电机组为例仿真分析证明了该改进方法有助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复,并同时具有良好的实用性。
【关键词】：频率稳定 双馈变速发电机 低电压穿越 控制策略
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 课题研究意义12
• 1.3 本课题国内外研究现状12-14
• 1.4 本论文主要研究工作14-16
• 第2章 双馈感应风电机组的建模与控制原理16-27
• 2.1 DFIG机组的构成及其运行原理16-17
• 2.1.1 DFIG机组的构成16
• 2.1.2 DFIG机组的运行原理16-17
• 2.2 DFIG机组的建模与控制17-26
• 2.2.1 风力机的模型17-18
• 2.2.2 机械传动模型18
• 2.2.3 风力机的变桨距控制18-19
• 2.2.4 风电机组的最大功率跟踪运行19-20
• 2.2.5 双馈电机建模20-21
• 2.2.6 双馈电机双向功率变换器建模与控制21-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 双馈感应风电机组在PSCAD/EMTDC下的建模与控制器设计27-36
• 3.1 PSCAD/EMTDC下的DFIG风电机组建模27
• 3.2 风力机在PSCAD/EMTDC下的建模27-28
• 3.3 功率变换器在PSCAD/EMTDC下的建模28-32
• 3.3.1 转子侧变换器控制模型设计28-30
• 3.3.2 网侧变换器控制模型设计30-32
• 3.4 PI控制器设计32-35
• 3.4.1 电流内环PI控制器设计32-34
• 3.4.2 电压外环PI控制器设计34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 双馈感应风力发电机组并网对系统频率稳定性影响的仿真分析36-45
• 4.1 电力系统的频率特性36-37
• 4.1.1 频率静态特性36-37
• 4.1.2 频率动态特性37
• 4.2 双馈电机的频率特性37
• 4.3 对系统频率影响的仿真分析研究37-44
• 4.3.1 同步发电机的参数对系统频率响应的影响38-40
• 4.3.2 双馈感应风电机组并入3机9节点后系统频率响应40-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 双馈感应风力发电机组低电压穿越能力对系统频率稳定的影响45-54
• 5.1 DFIG机组的低电压穿越要求45
• 5.2 DFIG风电机组不具备低电压穿越能力的系统频率响应45-46
• 5.3 改进DFIG风电机组模型使其具备低电压穿越能力46-53
• 5.3.1 Crowbar电路和卸荷电路控制策略47
• 5.3.2 无功功率的新控制策略47-49
• 5.3.3 LVRT控制策略仿真分析49-53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果60

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本文编号：545991