雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術研究.pdf

1、隨著風力發(fā)電在全世界范圍內的高速增長,風電裝機容量在電力系統(tǒng)中所占的比重快速提高,使得大型風電機組與局部電網之間的相互影響也越來越大。為了保障電力系統(tǒng)的運行安全,世界各國的電網運營商對風電接入提出了越來越嚴格的要求,其中最受人關注、也是最難以滿足的要求即為風電機組的低電壓穿越(LNRT)能力。在各種類型的風力發(fā)電機組中,變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(DFIG)以其調速范圍寬、有功和無功功率可獨立調節(jié)以及所需勵磁變流器容量較小等優(yōu)點,目前已成為

2、國際主流風電機型,占據絕大部分市場份額。但是由于DFIG定子直接并網,很容易受到各種電網故障的影響,而轉子勵磁變流器容量相對較小,在電網故障情況下對DFIG的控制能力受到限制,因此如何提高DFIG風電機組的LVRT能力已經成為學術界和工程界研究的熱點問題。
　　 目前我國的風電建設正處于高峰期,但是受氣候及地形條件限制,我國的風電裝機大都處于偏遠地區(qū),遠離負荷中心,當地電網較弱,電網電壓易波動,經常發(fā)生各種對稱、不對稱電網故障。

3、為了保障我國風電事業(yè)順利發(fā)展,當前亟需提高DFIG機組的LVRT能力。本文以此為課題,從理論研究、仿真建模和實驗驗證三個方面對DFIG機組的LVRT關鍵技術進行了深入研究,取得了一些研究成果。
　　 1.詳細分析了電網對風電機組LNRT能力的要求,提出了DFIG機組LVRT運行的控制目標,系統(tǒng)地總結了現有的DFIG機組LNRT控制和保護技術,指出了各種技術的優(yōu)缺點,并預測了DFIG機組LNRT技術的優(yōu)化方向和發(fā)展趨勢。
　

4、　 2.深入研究了電網故障情況下電壓同步信號的檢測問題,詳細介紹了電網電壓故障的類型和特征,系統(tǒng)總結了現有的電網電壓故障的檢測方法和不對稱電壓的正、負序分離方法。在此基礎之上,提出了兩種改進型正、負序電壓分離方法和三種電壓同步信號檢測方法,并通過仿真和實驗研究驗證了所提出方法的有效性,最后選擇所提出的諧振式PLL應用于本文之后的研究之中。
　　 3.通過理論推導建立了電網正常及各種對稱、不對稱故障情況下DFIG機組的數學模型,

5、并通過仿真和實驗研究驗證了理論推導的結果,詳細展示了DFIG機組在各種電網故障情況下的瞬態(tài)響應。系統(tǒng)地總結了現有DFIG機組故障穿越運行的改進控制策略,并通過實驗研究驗證了其控制效果,指出了其優(yōu)缺點及改進方向,為本文以下的研究提供了理論基礎。
　　 4.深入研究了電網故障條件下DFIG風電機組的直接功率控制(DPC)策略,提出了電網對稱和不對稱故障情況下GSC和DFIG的改進DPC,通過引入諧振控制器配合適當的功率補償,能夠在電

6、網故障情況下對GSC和DFIG的輸出功率實施有效控制,同時還能抑制GSC和DFIG的輸出電流諧波。在此基礎之上,又提出了一種GSC和RSC的聯合控制方案以實現電網不對稱時DFIG機組的綜合優(yōu)化控制目標。針對所提出的控制方案進行了詳細的仿真和實驗研究,獲得了理論聯系實際的研究成果。
　　 5.重點研究了DFIG機組的LVRT保護技術,通過理論推導建立了包括Crowbar保護電路在內的雙饋風電機組數學模型,提出了簡單有效的經驗公式對

7、Crowbar保護之后的DFIG定、轉子故障電流進行計算,并通過仿真研究驗證了理論推導的結果。在此基礎之上,確定了Crowbar電阻的取值范圍和最優(yōu)阻值,并根據最優(yōu)阻值的Crowbar電路進行了仿真和實驗研究,證明了通過Crowbar電路配合適當的控制算法能夠成功實現DFIG機組的LVRT運行。對基于動態(tài)電壓恢復器(DVR)的先進LVR了保護技術做了初步的理論和實驗研究,并取得了良好的運行效果。
　　 6.為了驗證所提出的DFI