《自动化-直流侧采用卸荷电路实现风电场低电压穿越仿真研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动化-直流侧采用卸荷电路实现风电场低电压穿越仿真研究（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要随着近年来能源危机不断加重，节能减排的政策落实以及新能源的不断发展，使得风力发电等新能源发电技术不断成熟。随着世界各国的风电容量不断发展与扩大，风电场对电力系统的稳定性也日趋严峻。因为电力系统发生故障时，继电保护动作需要一定的响应时间，所以风电机组在这短时间要进行穿越保持不脱网运行对电力系统的稳定就显的十分重要。本论文以直驱型风力发电系统作为研究对象，基于MATLAB仿真软件进行仿真研究。首先本文介绍了风力发电近几年来国内外的发展现状和发展趋势。建立了直驱型风力发电系统的数学模型，并分析了包括风力机、永磁同步发电机的一些基本概念及数学模型，为接下来的仿真研究打下了基础。接着本文围绕着卸荷
2、电路阐述了有关电网电压跌落的相关知识，并建立了卸荷电路的基本数学模型，随后确定了用卸荷电阻通过BUCK电路和直流侧并联的拓扑结构来实现直驱型风电系统的低电压穿越。最后在MATLAB仿真软件上进行仿真研究，得出结论，实现了直驱型风力发电系统的低电压穿越。关键词:直驱型风力发电系统；低电压穿越；卸荷电路；BUCK电路。 Abstract With the increase in recent years the energy crisis, energy conservation and emissions reduction policy implementation and developme
3、nt of new energy, make wind power and other new energy power generation technology matures. As the capacity of wind power in the world continues to grow and expand, the stability of the electric power system is becoming more and more serious. Because the power system failure occurs, relay protection
4、 movement needs certain response time, so the wind turbines in the short time to be through to keep net running off is very important for the stability of power system is the significant. The paper is based on the simulation software of MATLAB simulation software. Firstly, this paper introduces the
5、development status and development trend of wind power in recent years. A direct-drive wind power system is established, the mathematical model and analyzed including wind turbines, some basic concepts and mathematical model of permanent magnet synchronous generator, the research laid the foundation
6、 for the following simulation. Then the paper around the unloading circuit elaborated the related knowledge about grid voltage drop, and unloading circuit of basic mathematical model is established, then identified by unloading resistance through the topology of the BUCK circuit and dc side shunt to
7、 implement a direct-drive wind power system low voltage across. Finally, the simulation study of MATLAB simulation software is carried out, and the conclusion is made that the low voltage crossing of the direct-drive wind power system is realized. Keywords: direct drive wind power system; Low voltag
8、e across; Unloading circuits; BUCK circuit. 目 录第一章 绪 论11.1 课题的背景及意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国内研究现状11.2.2 国外研究现状2第二章 风力机组设计及电网电压跌落产生的影响32.1 风力发电的原理32.2 电网电压跌落产生的影响42.3 风力机组的选型及建模52.3.1 永磁发电机52.3.2 直驱型风力发电系统52.3.3 风力机模型的建立6第三章 直驱型风电系统低电压穿越特性83.1 基于直流侧采用卸荷电路的控制策略83.1.1 直流侧卸荷电路及其原理83.2 BUCK电路的基本原理103.2.1 降压斩波
9、电路103.2.2 BUCK电路的控制11第四章 仿真结果及波形124.1 仿真模型及参数124.2 仿真结果分析13参考文献18致 谢19第一章 绪 论1.1 课题的背景及意义 随着当代科学技术不断进步，对能源的需求也日益增加。我们所处的时代可以毫不夸张的称为“能源时代”，人们从未像如今这样看重能源，然而能源所带来的问题也困扰着我们。目前世界能源以化石能源为主，化石能源成本较低，开采技术较为成熟，但是化石能源发电会给环境造成巨大的破坏，而风能作为一种清洁能源已经越来越收到国际社会的广泛关注。全球风电装机需求持续快速增长。从1996年起全球累计风电装机连续11年增速超过20%，平均增速达到28
10、.35%，至2006年底达到7422万千瓦。1996年以来新增装机平均增速27.19%，2006年新增1519万千瓦。预计2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿千瓦（是2002年世界风电装机容量的38.4倍），年装机达到1.5亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12%。风力发电作为一种可循环绿色，友好的发电形式，在发电系统中已经占有越来越多的比重。随着风力发电近年来不断的发展，风电系统的电网穿透率不断上升，当电网穿透率比较高时，风力发电机在电网故障期间退出运行会给电网带来不好的影响，风电技术相对领先的国家已相继发布了故障穿越的标准，要求电网故障时风力发电机不脱网运行，并且想电网提供无功
11、功率直到故障清除。本论文主要研究直驱型风力发电机在故障时采用卸荷电路实现风电场低电压穿越的仿真研究。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状 风力发电对于我国来说，意义尤为重大。燃煤发电长久以来一直是我国发电的主力，我国煤炭的产量占世界煤炭总产量的36.5%，但是煤炭的存储量仅占世界的总存储量的13%。煤炭发电能否满足我国快速的经济发展，依然是个很大的问题，而且煤炭发电对环境污染有着巨大的影响。我国研究风电机组的项目最早是在二十世纪五十年代，于60，70年代开始真正意义上的起步，70年代后，我国的风力发电技术得到了迅速的发展，80年代，国家开始对现代并网型风电机组进行研究。特别是在“十五
12、”期间，我国还研发了容量为1000KW，1500KW变速型恒频机组和容量为1200KW永磁直驱型机组，并取得的了重大的突破。我国对风电装机容量占其他电源总容量的比例大于5%的省级电网，要求该电网范围内的风电系统必须具有低电压穿越能力。目前国内外文献对双馈风力发电系统的低电压穿越问题研究较多，对直驱型的研究较少。国内虽然也有部分厂商具备了兆瓦级风力发电机组的自主研发能力，但是对于低电压穿越能力的研究不是很多，不能够很好的满足电网的工作需要。因此，加强对风电机组的低电压穿越技术研究，对于我国提高电网运行效率，减少成本，提高风电系统的安全性，稳定性都具有重要的意义。1.2.2 国外研究现状国外早在2
13、0世纪90年代就已经开始了对直驱型风力发电的研究。其中德国，荷兰等国研发的多种兆瓦级直驱型风力发电系统已经将风能的利用率提高到了98%。在欧美许多国家，电网电压跌落故障不仅已经成为影响用户用电设备安全稳定运行的最主要的问题，而且电网电压跌落故障的诊断和运行控制能力也已经成为研究和讨论的热点之一。风力发电一般都处于偏远的地方，与电网连接需要通过长距离的架线才能实现，所以很容易受到线路故障的影响。19 第二章 风力机组设计及电网电压跌落产生的影响2.1 风力发电的原理风力发电的原理：风力发电是用大自然中的风来带动风机叶片做旋转运动，在通过发电机发电。风力发电机是将风能转换为电能的机械，相较于煤、发
14、电等风力发电有巨大的优势，它在我国分布较广而且属于可再生清洁能源，在使用过程中也不会对环境造成污染。下图为我国风资源分布图： 图2-1 我国风资源分布图 风力机组的组成：风力发电机主要由异步电动机、三相不可控整流电路、直流升压斩波电路、直流母线、直流负荷。结构如下图所示： 图2-2 风力发电机组成2.2 电网电压跌落产生的影响直驱型风电系统的功率回路主要是由风力机、发电机、机侧变流器、直流电容环节、网测变流器构成，整个功率流动的过程是由风力机拖动发电机，将风能转化为电能，再由机侧变流器转化为直流电，然后由逆变器转换为交流电，并入电网。通常情况下，机侧变流器会根据风速调节转速来进行最大功率追踪，
15、网侧则保持直流电压的稳定和有功功率的控制。不计损耗的情况下，直驱型风电系统内部的功率流通均相等。当电网电压跌落时，因为网侧变流器的限留作用使电流不能发生突变，系统向电网输出的功率Pgrid就会迅速的变小，而电机侧变流器不采取措施，仍然保持最大功率追踪状态，输出的电磁功率Pgen几乎不变，就会导致系统直流环节两侧的功率出现差值： UdcCdUdcdt=Pgen-Pgrid (2-1)由式（2-1），当直流母线的输入功率大于输出功率时，多出来的能量会使直流母线的电压升高，因此当电压跌落的幅度较大时，如果不采取措施，智力母线侧的电压会升到很高，最终造成变流器损坏。直流侧电压是反映变流器系统能否正常工作的重要标准，保持只留测输入和输出功率达到平衡是电压跌落后穿越的关键。对于风电机组的低电压穿越能力的具体技术要求如下：（1）风电系统的电压跌落至额定电压的20%时
