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随着风力发电技术的快速发展,风力发电占电网的比例越来越高,风力发电对电网的影响逐渐显现。传统的风电机组在电网电压出现短时跌落或者其他扰动时,会因机组保护而与电网断开,大规模风电的短时间投切将会对电网的安全稳定运行产生威胁。为了保证电网电压在一定范围跌落时,风电机组保持并网,就要求风电机组必须具备低电压穿越功能,以安全地渡过电网故障。本文研究的主要问题就是双馈式风电机组的低电压穿越问题。
本文介绍了世界风力发电发展的概况,分析了低电压穿越能力对风力发电的必要性。并对目前风电机组的种类及其对应的低电压穿越的应对措施做了概括的介绍。着重分析了双馈式风电机组现在常见的低电压穿越应对措施。
基于双馈式风电机组的网侧变流器和机侧变流器的数学模型,推导出了各自的经典的控制策略,设计了控制框图。针对双馈机组的低电压穿越问题的解决方案进行了阐述。分别介绍了使用ActiveCrowbar、直流侧卸荷电路和增加无功功率支持的低电压穿越策略。针对双馈电机经典的定子磁链控制的缺点,提出了电流环全补偿项的改进的控制方法。
根据以上的数学模型、控制框图和低电压穿越策略,在Matlab/Simulink中建立了一个1.5MW的双馈式风电机组的仿真平台。进行了在电网电压跌落55%,80%和100%时,无任何低电压穿越措施时的双馈机组的电压跌落响应仿真实验,证明了低电压穿越能力的必要性。在加入了ActiveCrowbar、直流侧卸荷和电流环全补偿项后,进行了低电压穿越的仿真实验,验证了理论分析的有效性。进行了电网电压闭环无功补偿的仿真实验,成功地补偿了电网电压的幅值,改善了低电压穿越效果。
搭建了22kW双馈发电机的并网实验平台,在实验平台上进行了低电压穿越的验证实验。实验结果证明了低电压穿越控制策略的有效性。