含风电电力系统多步高阶Taylor级数暂态稳定计算

【摘要】：风力发电技术是发展最快、技术最为成熟的可再生清洁能源发电技术。中国的风电产业自2005年起进入飞速发展时期，截止2011年底我国风电装机容量达到62700MW，排名世界第一。直驱永磁同步风力发电机组被称为第三代风电机组，具有广阔的发展前景。本文应用多步高阶Taylor级数暂态稳定计算方法最优积分格式对含直驱永磁同步风力发电机组风电场接入系统后的暂态稳定问题进行了研究。 多步高阶Taylor级数暂态稳定计算方法具有精度高、步长大的优点，可以利用多个时步的高阶导数提高算法精度和计算效率，是一种优秀的暂态稳定计算方法。但由于算法提出时没有给出确定权系数的严格准则，使算法的优良性质不能最大限度发挥。本文根据对算法计算量及收敛性和稳定性的分析，给出了确定最优积分格式的准则，并得到了一种具有实用价值的多步高阶Taylor级数暂态稳定计算最优积分格式。通过设计实例说明了如何具体应用最优积分格式确定准则，并通过最优算法和普通算法在稳定域、准确性和快速性等方面的对比，验证了最优算法的优秀性质及所提准则的正确性。 为了准确分析含直驱永磁同步风力发电机组风电场接入系统后对电力系统暂态稳定性的影响，本文研究了直驱永磁同步风力发电机组的暂态仿真模型搭建，主要包括风机动态模型、永磁发电机模型、背靠背变频器模型及发电机控制器模型等几部分，形成了完整的直驱风电系统暂态仿真模型。 基于所搭建的直驱永磁同步风电机组模型，在PSAT(Power System AnalysisToolbox)平台上搭建了含直驱风电系统的IEEE14节点仿真系统接线图，并利用编制的实用多步高阶Taylor级数暂态稳定程序对该系统的暂态稳定问题进行了求解与分析。重点研究了系统正常运行时风速变化引起的暂态稳定问题和发生扰动时风速与扰动共同作用下的暂态稳定问题，分析了两种情况下系统中各发电机功角、转速、电压幅值等的变化，证明了本文所设计的实用多步高阶Taylor级数法能够用于含风电电力系统的暂态稳定计算，并为直驱风电场接入系统后的暂态稳定问题的进一步研究提供了参考。 【关键词】：风力发电 暂态稳定 直驱永磁同步风电机组 Taylor级数法 PSAT
【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】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 Taylor 级数暂态稳定计算方法10-14
• 1.2.2 风力发电机组暂态仿真模型14-17
• 1.2.3 含风电场电力系统暂态稳定计算17-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 多步高阶 TAYLOR 级数暂态稳定计算最优积分格式研究20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 多步高阶 Taylor 级数暂态稳定计算20-22
• 2.3 多步高阶 Taylor 级数法最优积分格式确定准则22-25
• 2.3.1 算法计算量分析22-23
• 2.3.2 收敛性分析23-24
• 2.3.3 稳定性分析24
• 2.3.4 算法最优积分格式准则的确定24-25
• 2.4 最优多步高阶 Taylor 级数法性能分析25-29
• 2.4.1 实例算法推导及稳定域分析25-27
• 2.4.2 算法准确性和快速性分析27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 直驱永磁同步风力发电机组暂态仿真模型搭建30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 第三代风力发电机组——直驱永磁同步风力发电机组30-31
• 3.3 基于直驱永磁同步发电机组的风力发电系统建模31-39
• 3.3.1 风机动态模型31-35
• 3.3.2 永磁同步发电机组模型35-36
• 3.3.3 背靠背变换器模型36-37
• 3.3.4 控制系统模型37-39
• 3.3.5 直驱永磁同步风力发电系统动态仿真模型39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 基于 PSAT 的含风电电力系统多步高阶 TAYLOR 级数暂态稳定计算41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 PSAT 软件概述41-42
• 4.3 PSAT 中直驱永磁同步风力发电系统模型42-44
• 4.4 基于 PSAT 的含风电电力系统多步高阶 Taylor 级数暂态稳定计算44-51
• 4.4.1 风速变化引起的系统暂态特性分析45-48
• 4.4.2 系统发生扰动时的暂态稳定分析48-51
• 4.5 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-59
• 致谢59

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