双馈异步风力发电机组电网故障穿越特性研究

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近年来，风力发电技术迅速发展，特别是双馈异步风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator，DFIG)的研发与应用，逐渐成为当今变速恒频风电机组的主流机型。但风电机组电网故障穿越(Grid Fault Ride Through，GFRT)方面的技术难点和尚存的问题亟需科研力量的攻破。电网故障穿越技术可以使风力发电机组在电网发生故障时持续运行，并且能够继续往电网输送功率来帮助恢复电网电压和稳定电网频率，提高电网故障后的电能质量。本文通过对DFIG模型和运行机理的详细研究，优化了DFIG在电网故障下的低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)方案和频率穿越(Frequency Ride Through，FRT)方案，并对方案的正确性进行了实验仿真。本课题中，介绍了DFIG发电系统各部分的数学模型，对DFIG的运行原理进行了分析，分析了电网故障引起的电压跌落和频率波动对DFIG的暂态影响，并对其电网故障穿越方案进行了优化。从转子侧变换器的保护、直流环节电容器保护和电网频率稳定等方面分析与研究，当电网发生电压跌落故障时，在DFIG的转子侧摒弃被动式撬棍电路(Crowbar)而是添加主动式撬棍电路分流以消耗多余能量来起到保护转子侧变换器和发电机转子的作用，同时本文还提出在变换器直流环节添加直流卸荷电路(Chopper)来稳定直流母线电压，从而其与网侧变换器共同构成静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)往电网输送无功功率帮助电网电压恢复。在频率穿越方面摒弃原有的有功功率直接补偿措施，采用了DFIG补充转矩的虚拟惯性响应控制和设定桨距角初始值控制组成的复合频率控制来提升电网故障后频率的稳定。最后，本文在DIgSILENT/PowerFactory实验平台搭建单机无穷大仿真模型进行仿真测试。仿真结果表明，本文关于DFIG的电网故障穿越方案的优化，有效的解决了DFIG对电压和频率变化敏感等问题。当发生电网短路故障引起并网点电压跌落与转子过电流时，在转子侧投入主动式Crowbar电路能保证DFIG持续运行，在直流母线添加Chopper电路可以稳定直流环节电压，并且DFIG在电网故障期间可以输送一定的无功功率；当电网频率发生变化时通过复合频率控制实现常规发电机频率响应控制,电网频率变化幅度减小，频率恢复速率加快，更好的实现电网频率稳定，具有较高的工程实践价值和推广意义。

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作者
董鹏程;
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作者单位

青岛大学;

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授予单位青岛大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名李立伟;
年度 2018
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类电机;无线电设备、电信设备;
关键词
双馈; 异步; 风力发电机组; 电网故障;

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