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研究生:錢一丰
研究生(外文):I-Feng Chien
論文名稱:雙饋式感應發電機之穩態運轉點解析法與故障保護策略
論文名稱(外文):Steady-State Operating Point Analysis Method and Faulted Protection Scheme for Doubly-Fed Induction Generators
指導教授:許源浴許源浴引用關係
口試委員:楊金石劉添華張忠良
口試日期:2015-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:雙饋式感應發電機保護策略動態串聯電阻轉子電流穩態運轉點解析法故障穿越能力
外文關鍵詞:Doubly fed induction generator (DFIG)protection schemesseries dynamic braking resistor (SDBR)Crowbar resistorsteady-state operating point analysisfault ride through capability
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本論文之主要目的在於提出一種利用串聯補償電阻之保護策略,以改善併網之雙饋式感應發電機遭遇低電壓故障時的穿越能力,希望在故障期間仍可持續維持運轉,以提供系統更多能量,並評估電力系統故障時發電機之穩態運轉工作點,藉此做為所需補償電阻之依據。
利用穩態運轉點解析法預估系統端發生低電壓故障時對雙饋式感應發電機之影響,並提出故障保護策略使雙饋式感應發電機在故障期間仍可維持最大功率輸出且穩定運轉。所提出之補償策略除了在定子端裝上一個動態串聯電阻之外,在轉子側除了使用過去熟知的切離轉子側變流器之Crowbar電阻之應用,還能將Crowbar電阻串聯轉子側變流器以達到更好響應。
本文以MATLAB®/SIMULINK/SimPowerSystems進行分析模擬與驗證。理論分析與模擬結果顯示,本文所提出之串聯電阻補償策略能夠大幅提高雙饋式感應風力發電機的低電壓穿越能力,對於改善系統較弱的偏遠地區之風力發電機是相當可行的補償方式,也可直接應用於其他現有之風力發電廠。


A new protection scheme for enhancing fault ride through capability of a doubly fed induction generator (DFIG) is proposed. The new protection scheme comprises a series dynamic braking resistor (SDBR) connected to the stator side and a Crowbar resistor connected to the rotor side. The SDBR is employed to boost stator voltage while the crowbar resistor is used to reduce the rotor overcurrent. To determine proper values for the SDBR under different fault voltage, an analytical approach is proposed to compute the post-fault steady-state operating point.
Various low voltage fault conditions are analyzed and used to design the protection scheme, including the switching strategy and the coordination of crowbar resistor and SDBR, and resistance value calculations. MATLAB®/SIMULINK/SimPowerSystems simulation results show that the proposed method is very effective for fault overcurrent protection and fault ride through capability enhancement.


致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究目的與方法 5
1.4 論文內容概述 6
第二章 基礎理論分析 8
2.1 前言 8
2.2 風力發電機原理 9
2.2.1 風力發電機之能量轉換 9
2.2.2 葉片旋轉角度(pitch angle)對風機出力的調控 11
2.3 感應發電機數學模型 16
2.3.1 同步旋轉座標轉換 16
2.3.2 感應發電機數學模型 19
2.4 雙饋式感應風力發電機架構 22
2.4.1 系統側變流器(Grid Side converter, GSC)分析 23
2.4.2 轉子側變流器(Rotor Side Converter, RSC)分析 30
第三章 穩態運轉點解析法 37
3.1 前言 37
3.2 穩態等效電路模型 37
3.3 穩態運轉點解析法 41
3.4 參數設定 46
3.5 模擬結果 47
3.5.1 正常穩態運轉點 47
3.5.2 低電壓弱系統穩態運轉點 48
第四章串聯電阻補償分析 50
4.1 前言 50
4.2 系統架構與參數 50
4.3 低電壓保護策略 52
4.4 動態串聯電阻對低電壓穿越之影響 57
4.5 動態串聯電阻值選擇 58
第五章 模擬結果與分析 64
5.1 前言 64
5.2 模擬系統架構 64
5.3 無補償器之模擬結果 65
5.3.1 發電機無補償但未切離RSC之模擬結果 66
5.3.2 發電機無補償且切離RSC之模擬結果 70
5.4 利用低電壓保護策略之模擬結果 72
5.4.1 SDBR補償過小之模擬結果 73
5.4.2 SDBR補償過大之模擬結果 76
5.4.3 SDBR補償適中之模擬結果 78
第六章 結論與未來研究方向 81
6.1 結論 81
6.2 未來研究方向 82
參考文獻 83


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