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双馈风电机组故障特性及低电压穿越研究

作　者: 周健
导　师: 王林川
学　校: 东北电力大学
专　业: 电气工程
关键词: 风力发电 双馈感应发电机 转子感应电动势峰值 低电压穿越域 静止同步补偿器
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着近年来能源危机、环境污染和气候变暖等问题的出现，人们的目光转向了可再生能源的开发和利用。由于风力发电绿色环保，可持续利用，世界各国都将其作为能源战略的重要组成部分。随着风电规模越来越大，风电在电网中所占比例逐年增加，风电接入后对电网的影响越发凸显。电网故障对以双馈感应发电机（DFIG）为主的风电机组影响甚大。本文主要针对风电机组的故障特性和低电压穿越进行研究。本文首先介绍了DFIG的运行原理，构建了三相静止坐标系和dq同步旋转坐标系下的DFIG数学模型。在此基础上介绍了网侧变换器和转子侧变换器的数学模型及作用，搭建了基于d轴电网电压定向矢量控制的网侧变换器和基于定子磁链定向矢量控制的转子侧变换器控制框图。其次，详细分析了对称及不对称故障情况下，DFIG的故障特性。推导出三种不对称故障转子感应电动势峰值的表达式，结合转子侧变换器的控制能力揭示了转子侧过电流的根本原因。由转子感应电动势峰值与转差率的函数曲线，以转子侧最大控制电压为约束，推导出三种不对称故障的低电压穿越域，以此来衡量转子侧控制方法下DFIG对于不对称故障的低电压穿越能力。最后，在PSCAD中搭建DFIG风电机组暂态仿真模型，分别以对称故障和不对称故障情况下DFIG故障特性进行仿真分析，并对推导所得的低电压穿越域进行验证。在并网点接入STATCOM，给出STATCOM容量的选取方法，通过仿真分析说明接入STATCOM后抬高了机端电压，降低了转子感应电动势峰值进而提高了风电机组的低电压穿越域。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-22
  1.1 课题背景及意义  11-15
    1.1.1 国内外风电发展概况  11-13
    1.1.2 风力发电技术发展概况  13-15
    1.1.3 研究意义  15
  1.2 风电接入对电网的影响  15-17
    1.2.1 风电对电力系统的影响  15-16
    1.2.2 风电机组故障分析与低电压穿越的联系  16-17
    1.2.3 我国风电技术的发展方向  17
  1.3 国内外研究现状  17-20
    1.3.1 DFIG 故障特性研究现状  17-18
    1.3.2 低电压穿越研究现状  18-19
    1.3.3 DFIG 应对电网故障的对策和措施  19-20
  1.4 论文主要内容  20-22
第2章 双馈感应发电机数学模型  22-33
  2.1 双馈风电机组模型与运行原理  22-26
    2.1.1 风力机运行特性  23-24
    2.1.2 DFIG 运行原理  24-26
  2.2 双馈感应发电机数学模型  26-29
    2.2.1 三相静止坐标系下 DFIG 数学模型  26-28
    2.2.2 dq 坐标系下 DFIG 数学模型  28-29
  2.3 四象限变流器数学模型  29-32
    2.3.1 网侧变换器模型  29-31
    2.3.2 转子侧变换器模型  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 双馈风电机组故障特性分析  33-46
  3.1 双馈风电机组对称故障特性  33-36
    3.1.1 定子侧暂态过程分析  33-35
    3.1.2 转子侧暂态过程分析  35-36
  3.2 双馈风电机组不对称故障特性  36-38
    3.2.1 定子侧暂态过程分析  36
    3.2.2 转子侧暂态过程分析  36-37
    3.2.3 转子感应电动势峰值分析  37-38
  3.3 转子侧变换器控制能力分析  38-41
    3.3.1 Crowbar 动作后 DFIG 等效电路  38-39
    3.3.2 Crowbar 保护电阻的选取  39-40
    3.3.3 转子侧变换器控制能力  40-41
  3.4 不对称故障双馈风电机组低电压穿越域分析  41-45
    3.4.1 转子感应电动势峰值的推导  42-44
    3.4.2 不对称故障 DFIG 低电压穿越域  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 电网故障双馈风电机组低电压穿越仿真分析  46-53
  4.1 国内外对于风电系统低电压穿越的要求  46-47
  4.2 电网故障双馈风电机组运行特性仿真分析  47-50
    4.2.1 三相对称故障仿真分析  48-49
    4.2.2 不对称故障仿真分析  49-50
  4.3 双馈风电机组低电压穿越域的验证  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章 STATCOM 提高双馈风电机组低电压穿越域  53-60
  5.1 STATCOM 数学模型和容量选取  53-56
    5.1.1 STATCOM 提高低电压穿越能力机理分析  53-54
    5.1.2 STATCOM 数学模型  54-56
    5.1.3 STATCOM 容量的选取  56
  5.2 STATCOM 提高风电机组低电压穿越域  56-59
    5.2.1 STATCOM 接入后风电机组特性  56-58
    5.2.2 低电压穿越域的提高  58-59
  5.3 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 风能发电
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