基于新型故障电流限制电路的DFIG低电压穿越的研究

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双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)作为一种时下比较热门的风力发电机,它具有相当多独有的性质,例如变流器容量小、体积轻、变速恒频运行效果好等等,其中较为突出的是在遭遇电网故障时为了保护自身安全会自动脱网动作,但对于系统来说这种情况下脱网无疑会让故障更加恶化,系统大规模失去电源将导致系统电压崩溃。针对这种特殊的情况,为了发展电网友好型的风电技术,十分迫切地需要发展有关低电压穿越(LowVoltage Ride Through,LVRT)的深入研究。  本文主要针对DFIG的LVRT有关问题进行研究。建立了DFIG的基础数学模型。通过适当的简化和假设,建立较为精确的DFIG的暂态模型,分析DFIG机端电压跌落的情况下,各个电气量的变化特征。在Matlab中进行DFIG三相对称电压跌落的LVRT过程的仿真,研究机端三相对称电压跌落故障对DFIG的影响,定子电压对称跌落情况下,定转子均有多个周期的大幅值电流,严重威胁变流器的安全稳定运行。同时直流母线电容过充电,导致电压升高,容易损坏直流母线电容装置。目前提高DFIG的LVRT能力的主流方法是加装Crowbar电路,论文中对Crowbar技术也进行了较为深入的研究分析。首先利用物理建模的方法建立Crowbar电路的数学模型,然后利用解析的方法推导Crowbar转子串联泄荷电阻阻值的计算公式。最后在Simulink软件中搭建仿真模型,进行了转子侧Crowbar电路和直流侧斩波制动电路配合进行LVRT的仿真。得出在转子侧加装Crowbar电路的方法可以限制定转子故障电流的大小,保护转子侧变流器。最后从定子侧抑制电压跌落方法进行研究,设计出一种新型故障电流限制装置(New Fault Current Limiter,NFCL)并使之配合斩波制动电路来加强DFIG的低电压穿越能力。从DFIG暂态模型入手推导各参数计算公式,并把转子侧抑制电压跌落的主动型Crowbar电路低电压穿越效果和定子侧抑制电压跌落的新型故障电流限制电路低电压穿越效果进行对比分析,分析其各自的特点,得到新型故障限流装置在限制定转子电流幅值的能力上优于Crowbar电路,装设新型故障限流装置的双馈风力发电机定转子故障电流幅值均小于装设Crowbar电路的双馈风力发电机,且故障穿越过程更加平缓。同时在低电压穿越过程中,转子侧变流器始终保持运行,让双馈风力发电机始终为可控状态。
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