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风电接入对电网小干扰稳定性的影响及控制方法研究

关注热度:71   来源:新能源学术论文  作者:张远实
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【摘要】:双馈感应风力发电机(DFIG)在风电领域中被广泛应用。它能最大化的利用风能,并且实现有功无功的解耦控制,并且能为电网故障后的恢复提供一定的无功支撑。但是由于电力电力设备的大量应用,当电网受到扰动时,DFIG所表现的行为与常规机组会有很大不同。本文研究风电接入对电网小干扰稳定性的影响及其控制方法。首先,对双馈感应发电机组进行数学建模,分别建立了风力机机械模型(其中包括风速模型、气动模型、桨距角模型以及轴系模型)、背靠背式PWM变换器模型以及转子电流保护电路的模型。推导了由双馈电机的五阶动态模型简化得来的适合小干扰稳定分析的简化模型,转子侧变换器以及网侧变换器的数学模型。将上述模型综合起来得到用于DFIG仿真建模以及小干扰稳定分析的微分方程组。然后,搭建风电接入IEEE新英格兰标准系统的仿真系统,并用模态分析的方法研究风电接入对小干扰稳定性的影响。为了改善风电接入前系统在小干扰下不稳定的情况,用双馈发电机替代同步机发电机的出力。仿真表明替代后原在小干扰下不稳定的系统变得稳定;建立两种案例,一种通过增加负荷来平衡风电场的有功出力,一种则是通过减小同步发电机出力来平衡,通过观察模态分析的结果来比较两种案例小干扰稳定性的好坏。仿真结果表明在同样的风电渗透率下,减小同步发电机出力的方法其小干扰稳定性更好。最后,为提高风电接入后系统的小干扰稳定性,设计了附加惯量控制器来提高风电接入后系统的惯量。控制器以风电场并网点的实测频率为输入信号,以桨距角的修正量为输出信号。利用频率和功率的静态特性关系将频率偏差信号转化为功率偏差特性,使其更易于控制。并且利用频率和功率的动态特性关系整定控制器的参数。算例分析的结果验证了附加惯量控制器的有效性。
【关键词】:风电场 双馈电机 模态分析法 小干扰稳定性 附加惯量控制器
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM712;TM614
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 第1章 绪论9-17
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
  • 1.2 风电接入电网小干扰稳定性研究现状11-14
  • 1.3 风电接入电网小干扰稳定性的改善方法研究现状14-15
  • 1.4 本文主要研究内容15-17
  • 第2章 双馈感应风力发电机数学建模17-33
  • 2.1 引言17
  • 2.2 双馈电机动态数学模型17-22
  • 2.2.1 双馈感应风力发电机五阶动态模型18-21
  • 2.2.2 适合小干扰稳定分析的双馈风机简化模型21-22
  • 2.3 风力机机械模型22-26
  • 2.3.1 风速模型22
  • 2.3.2 气动模型22-24
  • 2.3.3 桨距角模型24-25
  • 2.3.4 轴系模型25-26
  • 2.4 背靠背式变换器模型26-30
  • 2.4.1 转子侧变换器模型26-28
  • 2.4.2 网侧变换器模型28-30
  • 2.5 转子电流保护电路30-31
  • 2.6 本章小结31-33
  • 第3章 风电接入对电网小干扰稳定性的影响33-52
  • 3.1 引言33
  • 3.2 IEEE 新英格兰标准仿真系统的结构与参数33-35
  • 3.3 风电接入对电网小干扰稳定性的影响机理分析35-37
  • 3.4 双馈风机替代同步电机对小干扰稳定的影响37-40
  • 3.5 不同风电渗透率下的小干扰稳定性分析40-50
  • 3.6 本章小结50-52
  • 第4章 改善风电接入电网小干扰稳定性的附加惯量控制器设计52-61
  • 4.1 引言52
  • 4.2 附加惯量控制器的设计52-56
  • 4.2.1 附加惯量控制器模型的建立52-53
  • 4.2.2 一次频率下垂特性曲线53-54
  • 4.2.3 附加惯量控制器参数的整定54-56
  • 4.3 算例分析56-59
  • 4.3.1 单机系统仿真56-58
  • 4.3.2 多机系统仿真58-59
  • 4.4 本章小结59-61
  • 结论61-62
  • 参考文献62-67
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果67-69
  • 致谢69


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关键词: 风电场

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