双馈风力发电机组建模和运行特性研究

近年来,伴随着着全球性能源短缺和环境恶化等问题的加剧,风力发电以其绿色无污染和可开发性好等优点在我国和世界范围内获得迅猛发展。在当前的风力发电用主流发电机机型中,双馈感应发电机具有控制性能良好、价格相对适中等优点,正在风电场中得到越来越广泛的应用。对双馈感应发电机建模和运行特性的研究对于大规模双馈机风电场的并网运行具有重要意义。 本文首先建立了双馈风力发电机组各部分的数学模型,具体包括风速模型、风轮机模型、传动系统模型和发电机模型等。基于以上数学模型对最大风功率追踪、风轮机桨距控制、转子侧变频器控制、网侧变频器控制以及Crowbar保护电路等双馈感应发电机控制和保护环节进行了分析研究。根据以上数学模型和分析研究,在MATLAB/Simulink仿真平台下搭建了并网双馈机风电场仿真实验模型。 其次,本文利用并网双馈机风电场仿真实验模型,仿真模拟了渐变风速下和电网电压波动下双馈感应发电机的稳态运行特性,并对仿真结果进行了分析和解释。仿真结果表明本文搭建的仿真实验模型很好地模拟了实际并网双馈机风电场的运行特性。 最后,对双馈感应发电机低电压穿越动态特性和基于Crowbar保护的双馈感应发电机低电压穿越运行特性进行了理论分析,提出了分段投切的Crowbar投切控制策略,并在双馈机仿真实验模型下对理论分析结果进行了仿真验证。仿真结果证明了本文理论分析的正确性和所提分段投切的Crowbar投切控制策略的有效性。