双馈风电机组低电压穿越与对电力系统稳定性的影响

【摘要】：全球范围内的能源危机、环境污染以及气候变化等因素使各国高度重视可再生能源的利用。风力发电在电力生产中所占的比重越来越大,对电力系统安全稳定运行带来了新的挑战。研究大容量风电场与电网之间的相互影响、电网对风电的相应要求是风电技术的一个重要课题。本文对双馈风电机组的数学模型、电磁暂态分析理论、低电压穿越方案及其对电力系统小干扰稳定的影响等方面展开研究。简明实用的数学模型是解决实际问题的理论基础,本文建立了双馈风力发电系统的数学模型,包括风力机模型、轴系模型、桨距角控制模型,推导了双馈感应电机在三相静止坐标系和两相任意速旋转坐标系下的数学模型。考虑到传统的双馈感应电机暂态分析方法进行了一系列的省略及近似,误差较大,本文在两相静止坐标系下双馈感应电机的数学模型的基础上,精确计算了基于撬棒保护的双馈感应电机在电网对称故障下的稳态分量和暂态分量。提出了一种新型阻容式Crowbar电路结构,利用精确的转子电流表达式,确定了阻容式Crowbar电路的参数,优化了Crowbar电路的投入方案。基于DIgSILENT/PowerFactory搭建了用于分析双馈风电机组低电压穿越的仿真模型,仿真的结果表明,本文提出阻容式Crowbar电路及投切策略合理,低电压穿越效果优于传统方案。最后,建立了双馈风电机组的小干扰稳定模型,分析了大容量双馈风电场接入实际电网对系统小干扰稳定的影响。特征值计算结果表明,双馈风电场的接入没有改变系统原有的机电振荡模态,但会新增一种特殊的振荡模态；在合适的风电穿透率与输电距离下,双馈风电场有助有改善系统的阻尼特性。 【关键词】：双馈感应电机 低电压穿越 Crowbar电路 小干扰稳定
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 双馈风电机组低电压穿越的研究13-15
• 1.2.2 双馈风电机组对电力系统暂态稳定的影响研究15-16
• 1.2.3 双馈风电机组对电力系统小干扰稳定的影响研究16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 第二章 双馈风电机组的动态模型18-29
• 2.1 风力机及其桨距角控制18-20
• 2.1.1 风力机数学模型18-19
• 2.1.2 桨距角控制模型19-20
• 2.2 轴系模型20
• 2.3 双馈感应电机的数学模型20-28
• 2.3.1 三相静止坐标系中DFIG的数学模型21-23
• 2.3.2 任意速旋转坐标系中DFIG的数学模型23-25
• 2.3.3 网侧变流器的数学模型25-26
• 2.3.4 转子侧变流器的数学模型26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 电网故障下双馈感应电机暂态分析29-35
• 3.1 传统的磁链分析法29-31
• 3.2 DFIG稳态分析31-32
• 3.3 对称故障下DFIG暂态分析32-34
• 3.3.1 磁链响应32-34
• 3.3.2 电流响应34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 双馈风电机组的低电压穿越问题35-44
• 4.1 阻容式Crowbar电路35-40
• 4.1.1 Crowbar阻抗对暂态特性的影响35-39
• 4.1.2 Crowbar电路参数优化39-40
• 4.2 Crowbar投切方案40-41
• 4.3 方案效果41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 双馈风电机组对电力系统小干扰稳定的影响44-58
• 5.1 小干扰稳定分析概述44-45
• 5.2 小干扰稳定分析的特征值和参与因子45-46
• 5.3 双馈风力发电机组小干扰模型46-49
• 5.3.1 双馈感应发电机小干扰模型46-47
• 5.3.2 网侧变流器模型47-48
• 5.3.3 直流环节模型48
• 5.3.4 转子侧变流器模型48-49
• 5.4 海上风电场与电力系统模型49-57
• 5.4.1 海上风电场未接入时系统的机电振荡模态分析51
• 5.4.2 含海上风电场系统低频振荡模态分析51-57
• 5.5 本章小结57-58
• 结论与展望58-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表的论文64-66
• 致谢66

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