基于Crowb ar的双馈式风电机组低电压穿越性能研究

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在先后经历了五、六年的高速发展之后,中国的风电事业已经被提升到第三大能源的地位,中国的光伏发电也紧随其后。近些年新的能源形式规模化发展,风电、光伏发电构成了中国新能源的主要部分。随着风力发电在电力系统中所占比重的逐渐升高,对风电机组在电网故障条件下的低电压穿越能力的要求也越来越高。如何提高风电机组的低电压穿越能力,已经成为当前国内外风电领域学者和技术人员研究的热点问题。本文利用电力系统PSCAD/EMTDEC仿真平台,对双馈式风电机组及其低电压穿越技术进行了研究。  本文首先对国内外风力发电的发展现状进行阐述,分析了目前风力发电机组技术中的低电压穿越问题及研究现状,确定了本文的主要研究内容。  其次,介绍了双馈感应风力发电机的运行原理,建立双馈电机的数学模型,基于双PWM变换器的矢量控制策略对双馈电机进行研究分析。根据转子侧变换器控制转子电流的控制目标,双馈电机转子侧PWM变换器采用定定子磁链的矢量控制策略。根据电网侧变换器控制直流侧母线电压的目标,双馈电机电网侧PWM变换器采用定定电网电压的矢量控制策略。根据所设计的控制系统,在PSCAD仿真平台上搭建双馈式风力发电机组的仿真模型,通过在风速阶跃变化情况下的系统仿真,验证了仿真模型的正确性和有效性。  然后,用理论方法分析了在电网发生故障的情况下双馈电机定、转子电流与电压的动态响应,利用所建立的系统仿真模型,对双馈电机在两种典型的电网电压跌落方式下的动态响应仿真分析,针对上述理论的有效性进行验证。通过在双馈感应风力发电系统转子侧增加硬件撬棒电路来优化系统的低电压穿越能力,避免电网的电压骤跌对双馈电机及PWM变换器造成的损害。  最后,分析了所加入的主动式Crowbar电路结构及工作原理,在双馈式风电机组仿真模型转子侧加入Crowbar电路模型,通过仿真验证了Crowbar电路的有效性。在考虑Crowbar电路对定、转子时间常数影响的条件下采用理论计算的方法,确定了Crowbar电阻的取值,通过仿真对比来验证了Crowbar电路的低电压穿越性能。
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