风电接入对电网小干扰稳定性的影响及控制方法研究

【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

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

STATCOM改善风电场暂态电压稳定性的研究    张锋;晁勤;

基于实测系统扰动的同步发电机参数辨识与验证    伍双喜;张伯明;吴文传;孙宏斌;

风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响    和萍;文福拴;薛禹胜;Ledwich GERARD;吴丹岳;林因;

2014风电“年报”:装机全球占比达四分之一    

浅谈中国风力发电的现状与发展前景    程永卓;

瞬时功率理论在直驱风力发电低电压穿越中的应用    杨国良;朱艳萍;陈朋朋;张纯江;

风电场异步风力发电机端无功补偿方案研究    杨志越;李凤婷;

异步风力发电机无功补偿方案的仿真研究    杨志越;李凤婷;

大量风电接入对地区电网电压的影响研究    冯利民;王晓波;李群英;周玉光;

风电场常用等值方法的适用性及其改进研究    苏勋文;米增强;王毅;

并网型风电场机端无功补偿配置方案的研究    杨志越;李凤婷;

风电场动态无功补偿方案研究    杨志越;李凤婷;

异步风力发电机端无功补偿方案的仿真研究    杨志越;李凤婷;

三相H桥级联静止同步补偿器的控制策略    江道灼;张振华;

风电系统多参数霍普夫分岔分析    李季;周雪松;马幼捷;

风力发电系统中链式STATCOM关键技术    刘钊

风电场动态等值建模方法研究    苏勋文

基于多端直流输电的风电并网技术研究    陈霞

直驱式风电场动态等值建模研究    蔺红

风电场并入电网的调控理论研究    王成福

面向智能电网的广义综合负荷建模方法研究    徐振华

风电场并网小扰动稳定性分析及脱网事故初探    王磊

含风电场的电力系统的电压稳定性的分岔研究    李季

压缩空气储能用涡旋式压缩/膨胀复合机的性能研究    杨兴华

风电场动态无功补偿方案设计    冯凯辉

含风电场的电力系统频率稳定分析研究    张俊

含风电的新疆某地区电网电压稳定性研究    张瑞明

静止同步补偿器控制技术研究    许传明

基于精确模型的双馈风力发电低电压穿越能力研究    高俊娥

静止同步补偿器（STATCOM）建模与仿真研究    彭红英

风电系统电压稳定性的Hopf分岔研究    贾丽英

双馈风力发电机模型仿真与并网运行研究    张会参

静止无功发生器在风电场电网中的应用研究    宋磊

链式STATCOM直流侧电压控制方法的研究    周圆

超导储能改善并网风电场稳定性的研究    吴俊玲,吴畏,周双喜

双馈风电场对电力系统阻尼影响的转矩分析    郝正航;余贻鑫;

基于MATLAB的风力异步发电机动态仿真    王建生

新型静止无功发生器的控制方法研究    杨晓萍,孙晓娟

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响    迟永宁;王伟胜;刘燕华;戴慧珠;

SVC与桨距角控制改善异步机风电场暂态电压稳定性    迟永宁;关宏亮;王伟胜;戴慧珠;

基于功角测量的同步发电机参数辨识频域法    金宇清;岳陈熙;甄威;刘柏私;鞠平;

基于变阻抗方法的电力系统混合仿真验证策略    薄博;马进;贺仁睦;

采用变速恒频机组的风电场并网问题研究综述(英文)    孙元章;林今;李国杰;黎雄;

用PMU量测设置V-θ节点的混合动态仿真验证策略    伍双喜;吴文传;张伯明;张怡;

大型风电场电压稳定性分析与控制研究    潘文霞

大规模风电场接入电力系统的小干扰稳定性研究    关宏亮

小干扰稳定特征向量和相关因子的分布式算法    张旭;沈沉;梅生伟;陈颖;

华东电网2007年度小干扰稳定分析    赵学强;励刚;郭强;

考虑小干扰稳定约束的最优潮流求解    孙元章;肖峰;

小干扰稳定约束下电网可用输电能力研究    徐遐龄;林涛;赖宏毅;李锴;徐琰;徐颢霖;

风机电力系统小干扰稳定域的研究    刘书成;

小干扰稳定约束最优潮流的非线性半定规划方法    李佩杰;韦化;白晓清;

电力系统小干扰稳定性研究    陈礼义,尹小华,戴宏伟

基于频域分析法的东北电网小干扰稳定问题的研究    张明理;李青春;王天;

水力系统详细模型下的小干扰稳定分析线性化模型    汤维华;张春丽;秦勇;李咸善;

线路电抗对系统小干扰稳定性的影响    许政委;刘家岩;刘诗;

实时分析系统为智能电网提供稳定支撑    本报记者 司建楠

运行参数变化对电力系统小干扰稳定性的影响    邢洁

基于特征值优化理论的小干扰稳定约束最优潮流研究    李佩杰

大规模风电场接入电力系统的小干扰稳定性研究    关宏亮

风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究    黄汉奇

电网小干扰稳定不确定性分析与预测及供电恢复策略    徐遐龄

电力系统小干扰稳定分布式并行算法研究    李芳

考虑系统稳态和动态特性的控制器参数协调    王晓明

风电接入对电网小干扰稳定性的影响及控制方法研究    张远实

基于云模型负荷建模的小干扰稳定概率评估方法研究    曹毅

省级电网小干扰稳定改善措施研究    成杰

大规模风电并网小干扰稳定性研究    杨涛

分布式小水电对电网小干扰稳定性的影响研究    刘阳

风电并网对系统小干扰稳定性影响的研究    乔真

大规模风电集中接入对电网小干扰稳定性的影响研究    李扬

电力系统小干扰稳定分析中特定模式降阶的快速实现    刘畅

互联电网小干扰稳定性的分散协调控制策略研究    胡允东