本文關鍵詞：雙饋風電機組電磁暫態(tài)解析及Crowbar拓撲研究

  更多相關文章： Crowbar電路 電磁暫態(tài)分析 低電壓穿越 雙饋電機 風力發(fā)電

【摘要】：隨著經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展,能源問題已成為當今社會所面臨的重大問題。風能作為一種清潔可再生能源逐漸受到了重視。如今,風機裝機容量逐年增加,對電網(wǎng)的穿透率也在逐漸上升。雙饋電機(DFIG)由于其控制靈活、成本低、可變速恒頻運行等優(yōu)點,使其成為了大功率風電機組的主流機型。然而,由于DFIG特殊的控制拓撲結(jié)構(gòu)使其對電網(wǎng)的擾動較為敏感,如何高性能地實現(xiàn)低電壓穿越(LVRT)已成為雙饋風電機組關鍵性技術問題。本文以電網(wǎng)故障下雙饋風電機組的電磁暫態(tài)特性以及Crowbar保護電路為研究對象,主要內(nèi)容可概括為：第一,建立了不同坐標系下DFIG的數(shù)學模型,并簡要敘述了DFIG的運行原理和控制方法,在此基礎上,搭建2MWDFIG仿真模型,對其控制方法的可行性進行仿真驗證。第二,雙饋風電機組LVRT問題之所以復雜,難以有效地解決,其問題根源在于電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落等變化時所激起的DFIG復雜的電磁暫態(tài)過程。對這一電磁暫態(tài)過程的深入分析和理解是該問題研究和解決的基礎,同時也是分析研究機組對電網(wǎng)影響,尤其是對電網(wǎng)短路電流影響的關鍵。為分析DFIG這一復雜高階系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程,本文從DFIG數(shù)學模型出發(fā),創(chuàng)造性地提出了一種基于等效、疊加原理的解析分析方法,全面、準確地實現(xiàn)了DFIG電磁暫態(tài)過程的解析計算。該解析計算不僅囊括了通常進行的基于撬棒(Crowbar)瞬間投入假設的流行簡化分析方式,而且對Crowbar投入前以及Crowbar延遲投入等實際情況進行了全面的解析分析和描述,完成了電磁暫態(tài)過程的相關特征分析與仿真驗證。第三,本文將一個由低成本、高可靠性可控硅(SCR)器件和功率電阻構(gòu)成的Crowbar電路融合于轉(zhuǎn)子側(cè)驅(qū)動變流器之中,并利用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器相應IGBT開關器件的通斷實現(xiàn)SCR的強迫換流關斷,進而實現(xiàn)主動式Crowbar功能,并據(jù)此研究了兩種基于SCR器件實現(xiàn)的主動Crowbar方案。本拓撲結(jié)構(gòu)的改造能夠采用低成本、高耐沖擊力的SCR實現(xiàn)通常需要IGBT等高成本、低耐沖擊能力的全控器件才能實現(xiàn)的主動式Crowbar功能。第四,在實驗室搭建11kW DFIG實驗平臺,對DFIG矢量控制、電磁暫態(tài)解析以及Crowbar保護電路進行實驗驗證,實驗結(jié)果驗證了本文分析與設計的正確性及可行性。
【關鍵詞】：Crowbar電路 電磁暫態(tài)分析 低電壓穿越 雙饋電機 風力發(fā)電
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-18
• 第一章 緒論18-29
• 1.1 課題研究背景18-20
• 1.2 風力發(fā)電機的主要類型20-22
• 1.3 風電機組實現(xiàn)LVRT的意義22-23
• 1.4 LVRT的研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.1 硬件方案24-27
• 1.4.2 軟件方案27
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容27-29
• 第二章 DFIG變流系統(tǒng)的建模與控制29-52
• 2.1 DFIG的數(shù)學模型29-41
• 2.1.1. 三相靜止坐標系下的DFIG數(shù)學模型30-33
• 2.1.2 兩相靜止坐標系下的DFIG數(shù)學模型33-36
• 2.1.3 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的DFIG數(shù)學模型36-38
• 2.1.4 DFIG數(shù)學模型的矢量形式38-41
• 2.2 DFIG的運行原理及其矢量控制策略41-51
• 2.2.1 DFIG的運行原理41-44
• 2.2.2 DFIG的矢量控制44-51
• 2.3 本章小結(jié)51-52
• 第三章 電網(wǎng)故障下DFIG電磁暫態(tài)過程分析52-91
• 3.1 電網(wǎng)電壓故障類型52-60
• 3.1.1 對稱分量法52-53
• 3.1.2 電網(wǎng)電壓故障的不同類型53-60
• 3.2 電網(wǎng)故障時DFIG電磁暫態(tài)響應分析60-64
• 3.2.1 DFIG的電磁暫態(tài)物理概念及定性分析60-62
• 3.2.2 電網(wǎng)故障下DFIG的等效物理模型62-64
• 3.3 基于CROWBAR保護的電網(wǎng)故障時DFIG電磁暫態(tài)過程分析64-72
• 3.3.1 電網(wǎng)故障時DFIG的暫態(tài)響應65-69
• 3.3.2 解析結(jié)果的仿真驗證69-72
• 3.4 計及轉(zhuǎn)子電流控制動態(tài)的電網(wǎng)故障時DFIG電磁暫態(tài)過程分析72-79
• 3.4.1 電網(wǎng)故障時DFIG的暫態(tài)響應72-77
• 3.4.2 解析結(jié)果的仿真驗證77-79
• 3.5 CROWBAR延遲投入情況下DFIG電磁暫態(tài)過程解析79-89
• 3.5.1 近似解析80-85
• 3.5.2 精確解析85-89
• 3.6 本章小結(jié)89-91
• 第四章 基于SCR的主動式CROWBAR電路及其控制91-112
• 4.1 常見的CROWBAR電路91-94
• 4.2 SCR CROWBAR電路原理分析94-102
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)一95-98
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)二98-102
• 4.3 SCR CROWBAR電路的性能102-110
• 4.3.1 與常規(guī)IGBT Crowbar電路的對比102-105
• 4.3.2 基于SCR Crowbar電路的LVRT運行仿真105-110
• 4.4 本章小結(jié)110-112
• 第五章 DFIG的實驗研究與分析112-136
• 5.1 實驗平臺介紹112-119
• 5.1.1 DFIG系統(tǒng)實驗室模擬平臺結(jié)構(gòu)概述112-115
• 5.1.2 硬件電路115-119
• 5.1.3 控制算法119
• 5.2 DFIG矢量控制實驗研究119-123
• 5.3 DFIG電磁暫態(tài)解析的實驗驗證123-128
• 5.3.1 Crowbar瞬時投入的情況123-124
• 5.3.2 Crowbar不投入的情況124-125
• 5.3.3 Crowbar延遲投入的情況125-128
• 5.4 SCR主動式CROWBAR電路及LVRT運行的實驗研究128-135
• 5.5 本章小結(jié)135-136
• 第六章 總結(jié)和展望136-137
• 參考文獻137-144
• 附錄A144-146
• 攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況146

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本文編號：803851