永磁直驱式同步风力发电系统低电压穿越技术的研究

发布时间：2017-10-02 13:03

  本文关键词：永磁直驱式同步风力发电系统低电压穿越技术的研究

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【摘要】：风能作为目前性价比较高的清洁型可再生能源之一,其开发利用已受到全世界的关注,市场前景广阔。在各国大力发展风力发电技术的趋势下,发现电压跌落将对整个风力发电系统造成很大的危害,因此低电压穿越的问题已逐渐成为全世界的研究热点。许多国家根据本国的实际的风力发电技术的研究现状制定相关的准则,以解决低电压穿越技术中出现的问题。本文主要围绕永磁直驱式同步风力发电系统的低电压穿越技术进行研究,主要工作如下:1、在d、q旋转坐标系下建立了系统主要组成部分的数学模型。其中机侧整流器采用转子磁链矢量控制,网侧逆变器采用电网电压矢量控制。2、针对电网电压跌落50%、80%两种情况,对系统进行仿真并分析了电压跌落时系统的运行机理和对系统中变流器部分造成的过流过压危害。3、采用了在直流母线环节加入耗能Crowbar电路和网侧采取无功补偿的控制策略,并运用Matlab/simulink软件进行仿真、分析。从系统的仿真波形图可以看出,当系统发生电网电压对称跌落故障时,采用的保护策略可以使系统很好的控制直流母线电压,并向电网提供无功补偿,支持了电网的恢复。4、当永磁直驱同步风力发电系统运行在电网不对称跌落故障时,由于网侧电压会产生负序分量,且在网侧和直流侧均会产生二倍频扰动,传统的控制策略无法使网侧电压的正负序分离,此时网侧d、q轴电压会产生二倍频扰动,使系统不够稳定。所以本文采取了二阶广义积分器锁相环(SOGI-PLL)取代原有的传统锁相环,运用SOGI-PLL可以实现网侧电压的正负序分离。仿真结果证明,提出的二阶广义积分器锁相环不仅可以消除网侧d、q轴电压的二倍频扰动,而且可以改善直流母线电压的波动。综合以上研究内容,本文在电网对称跌落和不对称跌落时所提出的保护策略可以较好的实现系统的低电压穿越技术。
【关键词】：风力发电 永磁同步发电机 低电压穿越 撬棒电路 二阶广义积分器
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 风力发电研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外风力发电发展现状10-12
• 1.2.1 国外风力发电发展10-11
• 1.2.2 国内风力发电发展11-12
• 1.3 风力发电机组的主要机型12-13
• 1.3.1 恒速恒频风力发电机组12
• 1.3.2 变速恒频双馈风力发电机组12-13
• 1.3.3 变速恒频直驱式风力发电机组13
• 1.4 低电压穿越技术13-16
• 1.4.1 低电压穿越概念14
• 1.4.2 低电压穿越技术国内外发展现状14-15
• 1.4.3 直驱式风力发电系统低电压穿越技术研究现状15-16
• 1.5 本论文研究内容16-19
• 2 直驱同步风力发电系统建模与控制策略19-37
• 2.1 风力机模型与分析19-25
• 2.1.1 风能的计算19-20
• 2.1.2 风力机的基本理论20-22
• 2.1.3 风力机的运行特性与分析22-23
• 2.1.4 风力机的建模23-25
• 2.2 直驱风力发电变流器主要拓扑结构分析25-27
• 2.2.1 不可控整流器+交错Boost电路+PWM逆变器25-26
• 2.2.2 背靠背双PWM变流器26-27
• 2.3 基于背靠背双PWM变流器的数学模型27-30
• 2.3.1 永磁同步电机数学模型27-28
• 2.3.2 网侧逆变器的数学模型28-29
• 2.3.3 直流母线环节的数学模型29-30
• 2.4 基于背靠背双PWM变流器的控制策略和仿真30-37
• 2.4.1 机侧变流器的控制策略分析31-32
• 2.4.2 网侧变流器的控制策略分析32-37
• 3 直驱同步风力发电系统电压跌落特性的分析与仿真37-47
• 3.1 电网电压跌落描述37-38
• 3.2 风电系统的直流母线环节电压跌落特性响应分析38-40
• 3.3 风力发电系统的电压跌落特性仿真40-47
• 3.3.1 跌落 50%时电压跌落特性分析40-43
• 3.3.2 跌落 80%时电压跌落特性分析43-47
• 4 对称电网故障下直驱同步风力发电系统低电压穿越技术特性47-61
• 4.1 低电压穿越技术分析47-51
• 4.1.1 直流母线环节增加保护电路来实现LVRT的方法47-50
• 4.1.2 基于网侧变流器的无功补偿来实现LVRT的方法50-51
• 4.2 电网电压跌落时风力发电系统建模与仿真51-61
• 5 不对称电网故障下直驱风力发电系统低电压穿越技术特性61-71
• 5.1 采用与对称跌落相同控制策略时系统低电压穿越技术仿真分析61-64
• 5.2 基于二阶广义积分器锁相环的设计64-66
• 5.2.1 二阶广义积分器的概述64-65
• 5.2.2 二阶广义积分器锁相环的设计65-66
• 5.3 基于SOGI-PLL的不对称跌落系统低电压穿越技术仿真分析66-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况79

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本文编号：959718