隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中滲透率的不斷提高,為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,電網(wǎng)運營商對風(fēng)電機組提出了低電壓穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)技術(shù)要求。作為當(dāng)前全球裝機容量最高的風(fēng)電機型,雙饋風(fēng)電機組由于自身結(jié)構(gòu)特點,其低電壓穿越問題較為嚴(yán)重。目前常用的解決方案是采用撬棒(Crowbar)電路,該方案雖然控制簡單且成本較低,但是存在著機組失去可控性和吸收無功電流等缺陷。為此,一些學(xué)者提出了基于改進(jìn)控制算法的解決方案,這類方案具有無需硬件裝置和控制靈活等優(yōu)點,但是由于變流器容量約束,仍存在著諸多挑戰(zhàn)性難題。鑒于此背景,本文針對基于改進(jìn)控制算法的低電壓穿越技術(shù)展開相關(guān)研究,主要的研究內(nèi)容如下:1.為了揭示現(xiàn)有典型改進(jìn)LVRT控制策略的本質(zhì)異同和性能差異,提出了一種基于轉(zhuǎn)子側(cè)端口阻抗特性的分析方法。首先,建立了雙饋電機的動態(tài)模型并簡要分析了暫態(tài)行為,為后文分析奠定基礎(chǔ)。然后,從轉(zhuǎn)子側(cè)端口阻抗特性的角度出發(fā),分析揭示了九種典型改進(jìn)LVRT控制策略的本質(zhì)聯(lián)系與差異。進(jìn)一步地,從轉(zhuǎn)子暫態(tài)電壓特性、轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流特性、定子磁鏈衰減速率、電磁轉(zhuǎn)矩特性、輸出功率特性和實施復(fù)雜度等六個關(guān)鍵維度上,分析確定了這些控制策略的性能差異。最后,通過仿真驗證了分析結(jié)果的正確性。2.為了提高雙饋風(fēng)電機組的可控低電壓穿越能力,提出了一種恒定電感模擬控制方法。首先,借鑒前文研究思路,分析揭示了滿足轉(zhuǎn)子電壓和電流約束的最佳端口阻抗特征;然后,提出了一種恒定電感模擬控制方法,通過將轉(zhuǎn)子側(cè)端口阻抗控制為大小合適的電感,可以同時滿足轉(zhuǎn)子電壓和電流約束,進(jìn)而提高了系統(tǒng)的可控低電壓穿越能力;此外,該方法還可以消除暫態(tài)過程中的電磁轉(zhuǎn)矩脈動。進(jìn)一步地,分析確定了所提控制方法的可控運行區(qū)間及其關(guān)鍵影響因素。最后,通過仿真和實驗驗證了所提控制方法的有效性。3.為了加速定子磁鏈的衰減以盡快結(jié)束暫態(tài)過程,提出了一種動態(tài)電感模擬控制方法。首先,分析探討了低電壓穿越期間不同階段應(yīng)考慮的關(guān)鍵優(yōu)化控制目標(biāo)。然后,分析評估了五種控制模式下定子磁鏈的衰減時間尺度。進(jìn)一步地,在前述恒定電感模擬控制方法的基礎(chǔ)上,充分考慮定子磁鏈的動態(tài)變化過程,提出了一種動態(tài)電感模擬控制方法;該方法通過將轉(zhuǎn)子側(cè)端口阻抗控制為逐漸變小的動態(tài)電感,可在滿足電壓電流約束的前提下,最大程度地加快定子磁鏈的衰減速率。最后,通過仿真驗證了所提控制方法的有效性。4.為了提高電感模擬控制精度,提出了一種基于指令前饋的電流控制方法。首先,分析揭示了提高可控能力所需的暫態(tài)電流指令特征,且電感模擬控制方法符合該特征。然后,基于模型反向前饋控制理論,提出了一種基于指令前饋的電流控制方法,通過在電流環(huán)中引入指令前饋項,來實現(xiàn)對暫態(tài)指令的精確跟蹤;此外,該方法具有設(shè)計簡單和動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點。進(jìn)一步地,基于所建立的電流環(huán)等效電路模型,分析闡釋了含所提方法在內(nèi)的三種電流控制方法的物理本質(zhì)。最后,通過仿真和實驗驗證了所提控制方法的有效性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM614
【部分圖文】：

圖 1.2 2017 年度各國風(fēng)力發(fā)電量占全部發(fā)電量的比值圖（數(shù)據(jù)來源：REN21）上所述，近十年來，風(fēng)電在全球范圍內(nèi)的發(fā)展態(tài)勢十分迅猛，并成為了種重要能源供給形式。風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀際上，通常將風(fēng)力發(fā)電機組分為以下四種類型[7, 8]：）Type-I 型：恒速恒頻風(fēng)電機組。該機組通常只能在很小的轉(zhuǎn)差范圍內(nèi)通常為鼠籠式感應(yīng)電機，其結(jié)構(gòu)圖見圖 1.3(a)。雖然該機組可靠性高，要從電網(wǎng)中吸收無功功率，且無法最大程度地獲取風(fēng)能。）Type-II 型：最優(yōu)滑差風(fēng)電機組。該機組可以實現(xiàn)小范圍（~10%）地調(diào)節(jié)通常為繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機，其結(jié)構(gòu)圖見 1.3(b)。但是，轉(zhuǎn)子側(cè)調(diào)節(jié)電阻功率損耗，并且機組運行時還會從電網(wǎng)中吸收無功功率。）Type-III 型：雙饋型風(fēng)電機組。該機組可以實現(xiàn)變速恒頻運行、最大風(fēng)/無功的解耦控制，發(fā)電機為雙饋感應(yīng)電機（Doubly Fed Induction Ge

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文4）Type-IV 型：直驅(qū)型風(fēng)電機組。該機組可以實現(xiàn)變速恒頻運行、最大風(fēng)能跟蹤和有功/無功的解耦控制，發(fā)電機通常為永磁同步電機，其結(jié)構(gòu)圖見圖 1.3(d)。該機組的定子側(cè)通過背靠背式變流器接入電網(wǎng)，其變流器容量等于機組的額定容量[10]。目前，前兩種風(fēng)電機型由于技術(shù)落后已被逐漸淘汰。并且相比于直驅(qū)型風(fēng)電機組，雙饋風(fēng)電機組的變流器容量更小，故變流器成本更低且功率損耗更小。因此，雙饋風(fēng)電機組占據(jù)了全球 50%以上的風(fēng)電市場份額，是當(dāng)前最主流的風(fēng)電機型[11, 12]。(a) 恒速恒頻風(fēng)電機組 (b) 最優(yōu)滑差風(fēng)電機組

中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 復(fù)。該技術(shù)要求可主要概括為以下兩點：電流的幅值要求：以我國風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為例，風(fēng)電機組需值為：Ig≥1.05×(0.9 Ug)IN，其中 IN為額定電流，Ug為電網(wǎng).9]。圖 1.5 給出了其他一些國家所規(guī)定無功電流的最小幅
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 年珩;程鵬;賀益康;;故障電網(wǎng)下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)運行技術(shù)研究綜述[J];中國電機工程學(xué)報;2015年16期

2 熊威;鄒旭東;黃清軍;梁宗澤;陳鑒慶;康勇;;基于Crowbar保護(hù)的雙饋感應(yīng)發(fā)電機暫態(tài)特性與參數(shù)設(shè)計[J];電力系統(tǒng)自動化;2015年11期

3 孔祥平;張哲;尹項根;王菲;隆茂;;計及撬棒保護(hù)影響的雙饋風(fēng)力發(fā)電機組故障電流特性研究[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年08期

4 楊淑英;陳銀;周天保;謝震;張興;;低電壓穿越過程中雙饋風(fēng)電機組虛擬電感暫態(tài)自滅磁控制[J];電力系統(tǒng)自動化;2015年04期

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8 張祿;金新民;唐芬;梁暉;;電網(wǎng)電壓對稱跌落下的雙饋感應(yīng)發(fā)電機PI-R控制及改進(jìn)[J];中國電機工程學(xué)報;2013年03期

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1 胡家兵;雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越（不間斷）運行研究[D];浙江大學(xué);2009年

2 楊淑英;雙饋型風(fēng)力發(fā)電變流器及其控制[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

3 鄒旭東;變速恒頻交流勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2005年

本文編號：2880436