大规模风电接入下的电力系统小干扰稳定性分析

【摘要】：风能作为当今世界上发展最快的可再生能源,在我国电力系统中所占的比重也越来越大。随着风电装机容量的不断增加,其对电力系统稳定性的影响将越来越大,其中风电并网后的小干扰稳定性引起了很多关注。我国的风电发展策略是建设大型风电基地以及风电大规模远距离外送,这可能会对系统小干扰稳定性产生更加严重的影响。本论文对大规模风电接入下的电力系统小干扰稳定性进行了全面的分析,主要工作如下:(1)建立了双馈异步风电机组和永磁直驱风电机组的数学模型,包括其机械系统、电气系统以及风电场电网接口模型,然后在动态模型的基础上选择了恰当的状态变量,输出变量和输入变量,并在平衡点将动态模型线性化,得到用于电网小干扰稳定性分析的线性化模型。(2)对大规模风电接入下的电力系统小干扰稳定性进行了分析。首先在DIg SILENT/Power Factory软件中建立了应用于小干扰分析的四机两区域电力系统,并分别对双馈异步风电场和永磁直驱风电场接入下的电力系统进行了小干扰稳定性分析。根据风电场运行方式的不同主要从五方面对大规模风电接入下的电网进行了小干扰稳定性分析。(3)分析了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,并在此原理基础上提出了附加阻尼控制器设计方法。将广域测量信号区域间同步机组端电压相角差作为控制器输入信号,控制器输出信号附加到双馈风电机组和永磁直驱风电机组有功功率控制环和无功功率控制环。(4)通过特征值分析法和电网时域仿真验证了阻尼控制器的有效性。 【关键词】：电力系统 风力发电 双馈异步风电机组 永磁直驱风电机组 小干扰稳定性 阻尼控制
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-12
• 1.2 课题意义12
• 1.3 国内外研究现状12-16
• 1.3.1 风电机组模型的研究12-13
• 1.3.2 风电场接入下的电力系统小干扰稳定分析13-15
• 1.3.3 风电机组阻尼控制15-16
• 1.4 论文的主要内容16-17
• 第2章 小干扰稳定特征值分析方法17-21
• 2.1 小干扰稳定分析概述17-19
• 2.2 小干扰稳定分析中的特征值及参与因子19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 风电机组小干扰分析模型21-39
• 3.1 风电机组概念21-23
• 3.2 双馈异步风电机组23-34
• 3.2.1 空气动力学模型23-24
• 3.2.2 桨距角控制模型24-25
• 3.2.3 轴系模型25
• 3.2.4 双馈感应发电机模型25-29
• 3.2.5 变频器模型29-30
• 3.2.6 转子侧变频器控制系统模型30-32
• 3.2.7 网侧变频器控制系统模型32
• 3.2.8 风电场与电网接口模型32-33
• 3.2.9 双馈异步风电机组小干扰模型33-34
• 3.3 永磁直驱同步风电机组34-38
• 3.3.1 轴系模型34
• 3.3.2 永磁同步发电机模型34-35
• 3.3.3 变频器模型35-36
• 3.3.4 发电机侧变频器控制系统模型36
• 3.3.5 电网侧变频器控制系统模型36-37
• 3.3.6 电网接口模型37-38
• 3.3.7 永磁直驱风电机组小干扰模型38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 风电场对电力系统小干扰稳定性的影响39-50
• 4.1 算例设置39-40
• 4.2 特征值分析40-41
• 4.3 风电场不同出力对系统阻尼特性的影响41-42
• 4.4 风电场不同接入位置对系统阻尼特性的影响42-43
• 4.5 同步机组不同备用方式对系统阻尼特性的影响43-45
• 4.6 风电场替换不同参与因子同步机组对系统阻尼特性的影响45-47
• 4.7 风电场参与频率调节对系统阻尼特性的影响47-49
• 4.8 本章小结49-50
• 第5章 并网风电场提高系统阻尼的研究50-64
• 5.1 动态有功功率注入增加系统阻尼的原理50-52
• 5.2 动态无功功率注入增加系统阻尼的原理52-53
• 5.3 双馈变速风电机组附加阻尼控制策略53-59
• 5.3.1 附加阻尼控制器设计53-55
• 5.3.2 仿真分析55-59
• 5.4 永磁直驱风电机组附加阻尼控制策略59-62
• 5.4.1 仿真分析59-62
• 5.5 本章小结62-64
• 第6章 结论与展望64-66
• 参考文献66-69
• 发表论文和参加科研情况69-70
• 致谢70

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