多时间尺度下DFIG机电-电磁暂态建模与稳定分析

作     者：王铮 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋绍剑

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：双馈风力发电机 多时间尺度 暂态模型 小信号阻抗模型 机电-电磁联合仿真 

摘      要：双馈风力发电机(Doubly-fed wind generator,DFIG)作为一种应用广泛的陆地风力发电机型,在风力发电市场中占据着很大的份额。DFIG的稳定性与其机电-电磁系统的运行状态密切相关,DFIG的机电-电磁系统协同仿真是全面分析其系统特性的重要手段。然而,由于DFIG的机电部分和电磁部分的响应时间尺度差异较大,目前大多数的DFIG研究仅仅关注其机电系统或电磁系统的稳定特性,难以全面揭示其运行的稳定特性。因此,建立多时间尺度下DFIG的机电-电磁暂态模型,深入研究其机电和电磁暂态的稳定特性,有利于发现DFIG实际运行过程中潜在的稳定问题,对提高DFIG运行的可靠性具有重要的意义。本文以GE 3.6MW的双馈风机为研究对象,建立DFIG机械部分的暂态模型,主要包括风速模型、风力机模型、传动轴模型和调桨距模型。其次,在SVO(Stator voltage oriented)的基础上建立风力发电机的电磁暂态模型,包括双馈电机的暂态建模,转子侧和网侧变换器的控制模型。再将这两部分模型结合,进行多时间尺度下的DFIG时域协同仿真。最后,利用谐波线性化的方法搭建DFIG转子侧的正负序阻抗模型,采用基于阻抗的稳定分析方法分析了转子侧变换器的稳定性,主要是通过分析转子侧变换器的阻抗特性曲线和电网的阻抗特性曲线的交点找到潜在的谐振频率点,并与时域仿真的仿真结果作对比,验证阻抗模型的正确性。通过DFIG机电-电磁暂态模型的联合时域仿真和阻抗模型数值分析的结果表明:机电系统的扰动引起的DFIG暂态过程一般会持续数秒钟;而当电网发生故障的时候,DFIG的暂态模型不稳定,定子电流和转子电流急剧变化,会对DFIG的稳定造成极大的影响;DFIG与电网交互作用时,由于阻抗不匹配,机电系统或电网的扰动均可能引起DFIG产生不稳定现象。