电网电压骤升下双馈发电机的机理分析及其控制

摘要

双馈风力发电机组是目前风场应用最为普遍的风电机组，由于双馈电机定子侧直接连接电网导致双馈电机对电网故障较为敏感，风电场所接入的电网通常位于位置偏远，远离负荷中心的地区，为容易发生电网故障的弱电网区。如果风电场所并入电网出现故障，风电场不具备故障穿越能力，会造成大面积风机脱网。风电机组不能对电网提供频率及电压的支撑，将可能会导致一系列的连锁反应，对电网和风场的安全稳定运行造成严重影响。
　　近年来，国内外对低电压穿越(LVRT)的研究已取得一定的成果，但是对高电压穿越(HVRT)的研究还不是很成熟，主要表现在没有准确区分LVRT和HVRT的区别，另外，目前针对HVRT的研究主要表现在对其暂态过程的研究，其故障期间的稳态过程并没有考虑，本文针对上述问题作出了相应的理论分析和控制策略，具体研究如下:
　　1)电网高电压故障期间，需要对双馈电机进行无功补偿来对电网进行支撑，而电网导则对无功补偿的快速性和平滑性都有严格的要求，而随着逆变器功率的逐渐增大，功率管的开关损耗严重影响了系统效率，对于MW级逆变器其开关频率往往设定在1kHz左右，有的甚至低于1kHz。对于常规的比例积分(PI)控制，开关频率的降低对系统的动态性能影响较大;系统的带宽低，影响了系统的稳态性能。所以在电网故障期间系统的暂态性能和稳态性能很大程度上依赖于PI参数。基于以上传统矢量控制的缺点，本文采用了转子电流预测控制(RCPC)，大大提高了无功补偿的快速性和平滑性，并且加速了磁链衰减。
　　2)针对LVRT和HVRT的暂态过程大致相同，均表现为定子磁链50Hz振荡，但是其故障期间差别较大，针对HVRT故障期间由于定子电压骤升，导致转子电压骤升，若转子电压骤升较大，很可能导致转子侧进入过调制区，导致转子侧不可控，另外，转子侧电压过高，可能导致转子侧逆变器向直流侧电容充电，严重影响了系统的稳定性，本文采用了调制度闭环控制，将转子侧调制度控制在可控范围内，提高了系统的稳定性。
　　3)LVRT和HVRT最大的区别在于故障的源头，电压跌落故障时线路一般为感性阻抗，而一般电压骤升故障是由于线路电容器的投入引起的，导致电网电压骤升故障期间线路阻抗呈容性，此时系统的稳定性便会受到影响，本文采用了定子电流反馈的阻抗补偿控制，提高了电网电压骤升期间系统的稳定性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 风力发电国内外的发展状况

1．2 风力发电机组的高电压穿越能力

1．3 风电机组HVRT国内外研究进展

1．3．1 改变控制策略

1．3．2 增加硬件电路

1．4 本文研究的主要内容

第二章 电网电压骤升下双馈风力发电机数学建模

2．1 电压骤升故障下DFIG的稳态模型

2．2 电压骤升故障下DFIG的暂态模型

2．2．1 定子电压模型

2．2．2 定子磁链模型

2．3 电压复合故障下DFIG的暂态模型

2．3．1 电压跌落故障恢复暂态数学模型

2．3．2 电压骤升故障暂态数学模型

2．4 小结

第三章 电网电压骤升期间系统稳定性分析

3．1 双馈电机可控性分析

3．2 电网电压骤升下双馈电机RSC调制度分析

3．3 线路阻抗对系统稳定性影响

3．3．1 线路阻抗变化对系统稳定性的影响

3．3．2 阻抗和容抗的选取原则

3．4 小结

第四章 电网电压骤升故障下双馈电机暂态控制策略

4．1 传统控制介绍

4．1．1 磁链阻尼补偿控制

4．1．2 虚拟阻抗控制

4．2 转子电流预测控制

4．2．1 预测控制原理

4．2．2 预测模型的建立

4．2 小结

第五章 电网电压骤升故障下双馈电机稳态控制策略

5．1 调制度闭环控制

5．2 基于定子电流反馈的阻抗补偿控制

5．3 小结

第六章 实验研究

6．1 硬件系统简介

6．1．1 主电路系统

6．1．2 DSP控制电路系统

6．2 软件系统构成

6．3 实验结果

6．3．1 转子电流预测控制策略实验结果

6．3．2 调制度闭环控制策略实验结果

6．3．3 基于定子电流反馈阻抗补偿控制实验结果

第七章 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士论文期间发表的论文