双馈风力发电机组及其低电压穿越技术研究

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我国风力发电产业近年来发展迅猛,并网容量也在逐渐增大,在电网中所占的比例也在逐年增加。单个风机容量也在不断增大从原来的1MW发展到5MW,6MW风机今年6月份在华锐风电正式下线。变速恒频并网方式逐渐取代传统的恒速恒频并网,变速恒频主要包括两大主流机型,即双馈感应风力发电机组和直驱永磁同步发电机组。本文主要对双馈感应风力发电机组进行了详细的描述。首先对风轮进行了阐述,风轮吸收的功率主要取决于风速,风轮半径和风能利用系数。风能利用系数主要取决于桨距角和风轮的叶尖速比。其次通过对双馈发电机数学模型分析,提出了矢量控制算法。通过检测转子d、q轴电流构成了电流内环控制。通过转矩和定子有功功率构成功率外环。通过检测发电机转子d、q轴电流利用矢量控制算法产生PWM脉冲触发双向PWM变流器的开通。双馈发电机其优势是功率因素可调或接近1电流为正弦波形。最后通过双馈电机物理模型搭建了其仿真模型,验证了其有功、无功功率的独立解耦控制。通过对其发生定子端电压跌落双馈电机暂态性能分析,在电压跌落过程中必须对双馈电机过压过流采取保护措施。否则,会对双馈电机和变流器造成损害。通过软件和硬件方法实现电压跌落过程中的成功穿越。在传统的基于转子crowbar旁路电阻不足的前提下,提出了新型电压穿越方法。该方法优于传统的基于crowbar旁路电路。能快速抑制和衰减转子过电流,在无需多增加硬件的前提下,如RSC和GSC容量相同,最大无功电流注入量是常规的2倍。双馈发电机物理上与RSC脱离,不会对RSC造成过压危险。
摘要第5-6页
Abstract第6页
1 绪论第9-14页
    1.1 世界风力发电的现状与发展趋势第9-10页
    1.2 我国风力发电的发展趋势与现状第10-11页
    1.3 两大主流风力发电机型的现状第11-12页
    1.4 风力发电功率调节技术第12-14页
        1.4.1 变桨距功率调节与定桨距失速功率调节第12-13页
        1.4.2 主动失速调节方式是前两种功率调节方式的组合第13-14页
2 风轮模拟的数学模型第14-20页
    2.1 风轮的特性分析第14-15页
    2.2 叶尖速比第15-16页
    2.3 风能利用系数与叶片特征的关系第16-20页
        2.3.1 风能利用系数的数学模型第16-17页
        2.3.2 影响风能利用系数的主要因素第17-18页
        2.3.3 风力机模型及其仿真图第18-20页
3 双馈风力发电机组及其数学模型第20-27页
    3.1 PWM 整流 PWM 逆变电压源型变流器第20-21页
    3.2 双馈电机工作原理第21页
    3.3 双馈异步电机稳态运行分析第21-23页
    3.4 双馈发电机运行状态与能量流向第23-24页
    3.5 双馈电机数学模型第24-27页
4 双馈风力发电机组矢量控制第27-32页
    4.1 双馈电机在d-q坐标系统的基本方程第27页
    4.2 双馈发电机定子磁链定向矢量控制第27-28页
    4.3 定子无功功率的控制第28-30页
    4.4 转子电流控制和前馈环节的计算第30-31页
    4.5 小结第31-32页
5 低电压穿越技术第32-50页
    5.1 双馈风力发电机电网电压跌落过程中暂态性能及控制方法第32-35页
    5.2 低电压穿越软件实现方法第35-36页
    5.3 低电压穿越的硬件方法第36-40页
        5.3.1 转子侧方法第36-37页
        5.3.2 直流母线方法第37-38页
        5.3.3 定子侧方法第38-40页
        5.3.4 变桨距技术第40页
    5.4 Crowbar 电路阻值的选取第40-43页
        5.4.1 不同 Crowbar 电阻发电机特性第41-43页
        5.4.2 小结第43页
    5.5 新型故障穿越控制策略第43-46页
        5.5.1 新型 FRT 控制策略的优点第43页
        5.5.2 双 PWM 变频器的暂态控制第43-45页
        5.5.3 两种控制策略优缺点对比第45页
        5.5.4 小结第45-46页
    5.6 双馈型风力发电系统的低电压运行特性第46-50页
        5.6.1 仿真验证第47-50页
6 双馈异步风力发电机实验结果及分析第50-51页
    6.1 实验系统简介第50页
    6.2 实验系统主电路相关参数第50-51页
结论第51-52页
参考文献第52-55页
在学研究成果第55-56页
致谢第56页
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