并网型直驱永磁同步风力发电系统低电压穿越技术的研究

论文摘要

自从上个世纪末二十一世纪初以来,对于可再生新能源开发利用的研究和发展,人们越来越关注。其中,在这些可再生新能源中,风能扮演着更为重要的角色,风电场正在全球性的范围内被大范围内的应用。相对于恒速风力发电系统,变速风力发电系统更是展现出了更高的风能捕获的出色的能力,而且具有更高的风能转换为电能的效率。直驱型永磁同步发电机（DD-PMSG）具有低转速、高效率、高功率因数等诸多良好优点,因此,它非常适合于诸如风力发电等变速发电系统。而随着风力发电技术的不断发展,并网风力发电系统的低电压穿越问题,则成为了重点研究的问题之一。本论文首先介绍了当前风力发电技术及风力发电系统的低电压穿越国内外的研究现状,介绍了低电压穿越的规定,分析了不同方式的风电并网系统在电网电压跌落瞬间的暂态现象以及相应的低电压穿越技术,介绍了用于并网型直驱永磁同步风力发电系统的基于耗能Crowbar、基于储能Crowbar和基于辅助网侧变流器等几种主流的低电压保护方案,并且对这几种不同方案的优缺点进行了比较,还介绍了风力机相关原理,建立了风力机模型。本文主要研究直驱型风力发电系统低电压穿越控制的实现。推导了PMSM的数学模型,双PWM变流器模型以及直流母线中间环节数学模型,推导了PMSM基于转子磁场定向的控制方式与双PWM变流器的控制策略。本文在分析基础上,提出了一种故障时无功控制策略,提出了采用储能Crowbar中间直流环节的直驱型永磁风力发电系统的控制逻辑的低电压穿越方案。本文最后采用MATLAB/Simulink工具箱,对所提出的控制策略进行了仿真,并对仿真结果进行了分析,仿真结果及分析证明了该直驱永磁同步风力发电低电磁穿越控制系统方案的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 风力发电研究背景与意义
• 1.2 国内外风力发电现状
• 1.2.1 国外风力发电现状
• 1.2.2 国内风力发电现状
• 1.3 主要的风力发电系统类型
• 1.3.1 笼型异步风力发电系统
• 1.3.2 无刷双馈风力发电系统
• 1.3.3 变速恒频双馈感应风力发电机系统
• 1.3.4 直驱型永磁同步风力发电系统
• 1.4 低电压穿越技术
• 1.4.1 低电压穿越概述
• 1.4.2 低电压穿越国内外研究现状综述
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 不同类型风机的低电压穿越技术
• 2.1 我国风电并网低电压穿越相关规定
• 2.2 电压跌落概述及其类型
• 2.3 不同类型风机的电压跌落暂态现象
• 2.3.1 FSIG的暂态现象
• 2.3.2 DFIG的暂态现象
• 2.3.3 PMSG的暂态现象
• 2.4 LVRT的实现方法
• 2.4.1 FSIG的LVRT实现
• 2.4.2 DFIG的LVRT实现
• 2.4.3 PMSG的LVRT实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 风力机的空气动力学模型及相关分析
• 3.1 风力机基本类型
• 3.1.1 垂直轴风力机
• 3.1.2 水平轴风力机
• 3.2 风能的计算
• 3.3 圆盘理论
• 3.4 风力机的特性及相关曲线
• 3.5 本章小结
• 第4章 直驱永磁风力发电系统低电压穿越技术研究
• 4.1 直驱永磁风力发电系统数学模型
• 4.1.1 永磁同步电机数学模型
• 4.1.2 PWM变流器数学模型及其基于电压定向数学模型
• 4.1.3 直流母线环节的数学模型
• 4.2 系统控制策略
• 4.2.1 永磁同步电机转子磁场定向矢量控制原理
• 4.2.2 双PWM变换器控制策略
• 4.2.3 低电压穿越控制策略
• 4.2.4 其他辅助策略
• 4.3 本章小结
• 第5章 仿真实验研究及分析
• 5.1 不加储能CROWBAR环节的直驱永磁风力发电系统的仿真
• 5.2 加储能CROWBAR环节的直驱永磁风力发电系统的低电压穿越仿真
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢