風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)

序

前言

第1章 緒論

1.1 風力發(fā)電的發(fā)展情況

1.2 電網(wǎng)電壓跌落對風力發(fā)電系統(tǒng)的影響

1.3 風力發(fā)電機組的研究現(xiàn)狀

1.3.1 雙饋型風力發(fā)電機組的研究現(xiàn)狀

1.3.2 直驅(qū)型風力發(fā)電機組的研究現(xiàn)狀

1.3.2.1 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

1.3.2.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行和無功功率控制能力

1.4 國內(nèi)外風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT的相關(guān)規(guī)定

1.5 小結(jié)

第2章 典型風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學建模及暫態(tài)分析

2.1 DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學建模及暫態(tài)分析

2.1.1 DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及控制方法

2.1.2 DFlG風力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)數(shù)學模型及控制方法

2.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學建模及暫態(tài)分析

2.2.1 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及控制方法

2.2.1.1 背靠背雙PWM變流器的基本控制策略

2.2.1.2 永磁同步發(fā)電機的新型控制策略

2.2.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)數(shù)學模型及控制方法

2.3 小結(jié)

第3章 雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行特性

3.1 電壓跌落情況下DFIG的響應(yīng)特性分析與仿真驗證

3.1.1 電壓跌落期間

3.1.2 電壓恢復后

3.1.3 仿真驗證

3.2 不同電壓跌落情況下的DFIG響應(yīng)特性

3.2.1 30%—28電壓跌落特性

3.2.2 50%—O.5s電壓跌落特性

3.2.3 85%—0.2s電壓跌落特性

3.3 DFIG應(yīng)對電網(wǎng)故障的無功功率支持策略分析

3.3.1 電網(wǎng)電壓跌落時不同無功功率補償時刻對DFIG系統(tǒng)的影響

3.3.2 電網(wǎng)電壓跌落時不同無功功率補償方法對DFIG系統(tǒng)的影響

3.3.3 電網(wǎng)電壓跌落時不同系統(tǒng)運行條件對DFIG系統(tǒng)的影響

3.3.4 仿真分析

3.4 DFIG低電壓運行實驗研究

3.4.1 電壓跌落發(fā)生器的實驗結(jié)果

3.4.2 轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar（保護)電路的實驗結(jié)果

3.4.3 跌落持續(xù)ls，未進行電壓跌落檢測的實驗結(jié)果

3.4.4 跌落持續(xù)200ms，未進行電壓跌落檢測的實驗結(jié)果

3.4.5 跌落持續(xù)1s，進行電壓跌落檢測的實驗結(jié)果

3.4.6 電壓跌落期間進行無功功率補償?shù)膶嶒灲Y(jié)果

3.4.7 實驗分析

3.5 小結(jié)

第4章 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行特性

4.1 兩種典型直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4.1.1 不可控整流 交錯Boost 逆變器結(jié)構(gòu)

4.1.2 背靠背雙PWM變流器結(jié)構(gòu)

4.2 提高直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行能力的直流側(cè)卸荷電路控制策略分析

4.2.1 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障條件下的特性分析

4.2.2 直流側(cè)卸荷電路工作原理

4.2.3 直流側(cè)卸荷電路實現(xiàn)方法

4.3 不可控整流 交錯Boost 逆變器直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT特性分析

4.3.1 三種典型電壓跌落情況下的響應(yīng)特性仿真分析

4.3.1.1 30%—2s電壓跌落特性仿真

4.3.1.2 50%—0.5s電壓跌落特性仿真

4.3.1.3 85%—0.2s電壓跌落特性仿真

4.3.2 低電壓運行實驗分析

4.3.2.1 雙管Boost同相驅(qū)動實驗

4.3.2.2 雙管Boost移相驅(qū)動實驗

4.3.2.3 三相電壓型逆變器在電壓跌落情況下運行特性的驗證

4.4 背靠背變流器直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT特性分析

4.4.1 背靠背變流器直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型介紹

4.4.2 運行在不同功率因數(shù)條件下的電壓跌落特性分析

4.4.3 電壓跌落條件下風力發(fā)電機組對電網(wǎng)的無功功率支持分析

4.5 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)故障條件下sTATCOM運行模式分析

4.5.1 STATCOM運行模式工作原理分析

4.5.2 STATCOM運行模式仿真驗證

4.5.3 STATCOM運行模式實驗驗證

4.6 小結(jié)

第5章 風力發(fā)電網(wǎng)側(cè)變流器低電壓運行控制技術(shù)

5.1 穩(wěn)態(tài)時網(wǎng)側(cè)變流器的運行特性

5.1.1 單位功率因數(shù)運行

5.1.2 非單位功率因數(shù)運行

5.2 電網(wǎng)電壓跌落和負載突變時網(wǎng)側(cè)變流器的響應(yīng)特性

5.2.1 電網(wǎng)電壓跌落50%時的仿真結(jié)果

5.2.2 負載突變時的仿真結(jié)果

5.3 前饋控制策略原理

5.3.1 傳統(tǒng)前饋控制策略

5.3.2 改進的前饋控制策略

5.4 加入前饋控制的仿真結(jié)果

5.4.1 電網(wǎng)電壓跌落50%時的仿真結(jié)果

5.4.2 負載電阻從200Ω變?yōu)?00Ω時的仿真結(jié)果

5.5 網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)對電網(wǎng)電壓跌落的實驗結(jié)果

5.5.1 實驗系統(tǒng)介紹

5.5.2 電網(wǎng)電壓穩(wěn)定情況下的實驗結(jié)果

5.5.3 電網(wǎng)電壓跌落情況下的實驗結(jié)果

5.5.4 電網(wǎng)電壓前饋控制的實驗結(jié)果

5.5.5 負載前饋控制的實驗結(jié)果

5.6 小結(jié)

第6章 網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的控制技術(shù)

6.1 網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學模型

6.1.1 電網(wǎng)電壓平衡情況下網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學模型

6.1.2 電網(wǎng)電壓不平衡情況下網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學模型

6.1.2.1 基于兩相靜止坐標系下的數(shù)學模型

6.1.2.2 基于同步坐標系下的數(shù)學模型

6.1.2.3 交流側(cè)電流控制算法

6.2 電網(wǎng)電壓不平衡情況下網(wǎng)側(cè)變流器的控制方法

6.2.1 抑制交流側(cè)負序電流的控制方法

6.2.2 抑制直流側(cè)電壓波動的控制方法

6.2.3 基于預測電流的控制方法

6.2.3.1 電壓不平衡情況下的預測電流控制方法

6.2.3.2 電壓平衡情況下的預測電流控制方法

6.2.4 恒功率控制方法

6.2.5 雙閉環(huán)控制策略

6.3 仿真結(jié)果

6.3.1 基于預測電流的仿真波形

6.3.2 恒功率控制方法的仿真波形

6.3.3 雙電流閉環(huán)控制的仿真波形

6.3.4 控制方法對比討論

6.4 小結(jié)

第7章 風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行外圍設(shè)備

7.1 電網(wǎng)故障時風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路

7.1.1 DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路

7.1.1.1 轉(zhuǎn)子側(cè)保護電路

7.1.1.2 定子側(cè)保護電路

7.1.1.3 直流側(cè)保護電路

7.1.1.4 組合保護電路

7.1.2 直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)的保護電路

7.1.2.1 直流側(cè)保護電路

7.1.2.2 采用輔助變流器的保護電路

7.2 電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生器的研制

7.2.1 幾種常用的VSG拓撲結(jié)構(gòu)

7.2.1.1 基于阻抗形式實現(xiàn)的VSG

7.2.1.2 基于變壓器形式實現(xiàn)的VSG

7.2.1.3 基于電力電子變換形式實現(xiàn)的VSG

7.2.2 基于變壓器和接觸器的VSG實驗

7.2.2.1 小功率模式實驗結(jié)果

7.2.2.2 大功率模式實驗結(jié)果

7.2.3 基于變壓器和晶閘管的VSG實驗

7.2.4 基于變壓器和IGBT的VSG實驗

7.3 電壓跌落的檢測技術(shù)

7.3.1 檢測方法討論

7.3.2 仿真驗證

7.3.3 實驗驗證

7.4 小結(jié)

縮略語

參考文獻

目前我國風力發(fā)電還處在起步階段，風力發(fā)電機組裝機容量占總發(fā)電量的比重還較小，但是隨著國家能源需求的不斷擴大，風力發(fā)電在我國的發(fā)展速度日益加快，尤其是兆瓦級風力發(fā)電機組的引進，新建風電場規(guī)模的成倍增長，我國風力發(fā)電的規(guī)模化發(fā)展只是時間問題。因此，我國也逐步面臨了一些大規(guī)模利用風力發(fā)電所必須面對的問題，風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行就是其中之一。國外電網(wǎng)運營商已經(jīng)將風力發(fā)電作為了一種主要的能源形式加以規(guī)范和標準化，而我國在該領(lǐng)域的相關(guān)標準嚴重缺失，風力發(fā)電的規(guī)范化運行同歐洲和美國還有很大的差距。2100433B

《風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)》作為《風力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)》一書的姊妹篇，《風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)》從數(shù)學角度出發(fā)，針對典型的雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)和直接驅(qū)動型風力發(fā)電系統(tǒng)進行了數(shù)學建模及暫態(tài)分析；通過仿真和實驗雙重方法，對電壓跌落情況下雙饋型和直接驅(qū)動型風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行特性進行了驗證，并對兩種系統(tǒng)中的網(wǎng)側(cè)PWM變流器低電壓運行控制技術(shù)及在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的控制技術(shù)進行了深入分析?！讹L力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)》還對電網(wǎng)電壓跌落相關(guān)的保護電路、電網(wǎng)電壓跌落發(fā)生器及電壓跌落檢測方法進行了匯總剖析?！讹L力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)》對上述這些關(guān)鍵問題進行了初步探索，得出一些有益的結(jié)論，旨在對風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓運行特性進行探討，以期通過《風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行技術(shù)》的研究，為今后我國風力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的關(guān)系，乃至我國風電行業(yè)相關(guān)標準的制定提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。

本書內(nèi)容主要涵蓋雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計、運行與控制，重點圍繞雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性分析、雙饋風力發(fā)電機設(shè)計與優(yōu)化、功率變換器設(shè)計與控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題進行詳細論述。全書不僅包含雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與并網(wǎng)運行方面的基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)，而且涵蓋該領(lǐng)域的前瞻性研究成果。

前言

第一章 緒論

第二章 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性分析

第三章 雙饋風力發(fā)電機設(shè)計與優(yōu)化

第四章 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器控制

第五章 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制

第六章 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器設(shè)計與運行控制 2100433B