双馈风力发电机的故障穿越技术与仿真研究

【摘要】随着风电装机容量的不断增加，风电系统与电网之间的相互影响也越来越大，其中风电系统的故障穿越能力成为影响电网安全和稳定运行的重要因素之一。本文以目前广泛应用的双馈风力发电机作为研究对象，重点研究了双馈风电系统在电网故障下的穿越运行，包括低电压穿越（LVRT）和高电压穿越（HVRT）。主要从改进控制策略和增加硬件保护电路两个方面进行了研究，其中低电压穿越包括对称故障下的穿越和不对称故障下的穿越。针对双馈感应发电机（DFIG）的低电压穿越，在数学建模和故障暂态分析的基础上设计了对称故障下的定、转子变换器协同控制方法；设计了不对称故障下DFIG网侧变换器PD电流调节器控制策略和转子变换器的PI-R电流调节器控制策略；设计了一种可统一应用于对称故障和不对称故障的双馈电机稳态矢量控制暂态直接转矩控制的控制方法。对常规的硬件保护Crowbar电路和Chopper电路，研究了其对于低电压穿越的保护效果。针对双馈电机高电压穿越，阐述了电压升高的原因并对电压骤升下的DFIG进行了暂态分析；列举了应对高电压穿越的改造思路，包括改进控制策略，增加硬件保护Crowbar电路，增加风电场无功补偿装置和超级电容的应用；设计了DFIG高电压穿越时网侧变换器的控制思路和转子侧变换器的控制思路；设计了无功补偿装置（STATCOM）的控制方法。实际生产中若针对高、低电压故障分别设计控制方法，则其控制的实用性会较差，对此本文得出结论应该在低电压穿越的同时考虑高电压穿越，由一套控制方法应对不同故障情况。电网故障程度较轻时控制策略改进穿越而故障程度较深时则投入硬件保护电路实现穿越。为了验证所设计的穿越方法和控制策略，在Matlab/Simulink上建立了一个1.5MW的双馈感应风机模型，对其在低电压故障和高电压故障的情况进行仿真。结果表明本文所设计的不同控制策略的正确性。
【作者】房亮；
【导师】孟江；郑德化；
【作者基本信息】中北大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】双馈感应式风力发电机；低电压穿越；高电压穿越；GSC；RSC；直接转矩控制；

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