双馈风机的接入对电力系统小干扰稳定性的影响

发布时间：2017-07-03 05:08

  本文关键词：双馈风机的接入对电力系统小干扰稳定性的影响

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【摘要】：随着煤炭能源的日益枯竭和自然环境的不断变化,可再生能源作为绿色无污染能源得到越来越多的重视。其中,发展最迅速、技术最成熟的风力发电已经遍布世界各地。但是,随着并网风电规模的不断扩大,风能带给电网的小干扰稳定性问题日益受到重视,成为了新的研究方向。本文以目前广泛应用的双馈风电机组为研究对象,以双馈风机接入单机无穷大系统为主要研究系统,开展了以下研究工作：本文首先给出了双馈风力发电机各个部分的数学模型,进而得出了双馈风机接入单机无穷大系统后的线性化模型。根据该线性化模型画出Phillips-Heffron模型图,通过阻尼转矩分析法得出了同步机的励磁部分和双馈风机部分对机电振荡回路的阻尼转矩。最后通过算例研究了发电机的出力、线路电抗对阻尼转矩的影响。本文还提出一种利用阻尼转矩和灵敏度来近似估算双馈风机接入后机电振荡模式大小的方法。虚拟惯性控制是为了在对系统没有惯量贡献的双馈风机上模拟出与同步机上类似的惯量、提高整个系统的频率恢复速度而施加的控制。本文介绍了两种虚拟惯性控制的方法,并给出了两种方法的数学模型,推导出双馈风机的虚拟惯性控制环节提供的阻尼转矩。最后通过算例研究了控制参数、发电机出力、线路电抗对该阻尼转矩的影响。本文最后将双馈风机替换为同步发电机,计算同步机接入单机无穷大系统时产生的阻尼转矩。依照对双馈风机的研究内容,也通过算例研究了发电机的出力、线路电抗对阻尼转矩的影响。通过两种情况的对比,可以看出双馈风机与同步机对系统小干扰稳定影响的异同。本文的研究内容对于风火打捆远距离输电的实际应用有一定的现实意义,对于今后虚拟惯性控制在风机上的实际应用有一定的指导意义,对于研究双馈风机和同步机对小干扰稳定性的不同影响有一定的参考价值。
【关键词】：双馈风力发电机 单机无穷大系统 小干扰稳定 阻尼转矩分析 虚拟惯性控制 机电振荡模式
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 风电机组技术及模型研究概述12-13
• 1.2.2 电力系统小干扰稳定性研究概述13-14
• 1.2.3 风电并网对电力系统小干扰稳定的影响概述14-16
• 1.3 本文的研究内容16-17
• 第2章 双馈风机的接入对单机无穷大系统机电振荡模式的影响17-54
• 2.1 双馈风机的物理模型17-20
• 2.2 双馈风机的数学模型20-24
• 2.2.1 双馈感应发电机的数学模型20-21
• 2.2.2 电容器的数学模型21
• 2.2.3 机侧变流器控制系统的数学模型21-22
• 2.2.4 变压器的数学模型22-23
• 2.2.5 网侧变流器控制系统的数学模型23
• 2.2.6 双馈风机的简化数学模型23-24
• 2.3 双馈风机接入单机无穷大系统的数学模型24-34
• 2.3.1 双馈风机接入单机无穷大系统的非线性模型24-27
• 2.3.2 双馈风机接入单机无穷大系统的线性化模型27-34
• 2.4 双馈风机接入单机无穷大系统的阻尼转矩分析34-39
• 2.4.1 直接计算法34-37
• 2.4.2 间接计算法37-39
• 2.5 双馈风机的接入对单机无穷大系统振荡模式的影响分析39-41
• 2.6 开环系统传递函数推导41-42
• 2.7 算例42-53
• 2.7.1 阻尼转矩分析结果正确性验证42-46
• 2.7.2 双馈风机出力变化的影响46-47
• 2.7.3 同步发电机出力变化的影响47-49
• 2.7.4 同步机与双馈风机出力同时变化时的影响49-51
• 2.7.5 线路长度变化时的影响51-53
• 2.7.6 通用结论53
• 2.8 本章小结53-54
• 第3章 双馈风机的虚拟惯性控制对单机无穷大系统机电振荡模式的影响54-78
• 3.1 双馈风机的虚拟惯性控制54-58
• 3.1.1 附加频率控制的功率外环控制策略54-56
• 3.1.2 切换功率曲线的虚拟惯量控制策略56-58
• 3.2 施加虚拟惯性控制后的双馈风机接入单机无穷大系统的数学模型58-60
• 3.3 双馈风机的虚拟惯性控制环节的阻尼转矩分析60-64
• 3.4 算例64-77
• 3.4.1 阻尼转矩分析结果正确性验证64-65
• 3.4.2 K_(pf)变化的影响65-66
• 3.4.3 K_(df)变化的影响66-68
• 3.4.4 λ变化的影响68-69
• 3.4.5 同步机出力变化的影响69-71
• 3.4.6 双馈风机出力变化的影响71-73
• 3.4.7 同步机与双馈风机出力同时变化的影响73-75
• 3.4.8 线路长度变化时的影响75-77
• 3.5 本章小结77-78
• 第4章 同步发电机的接入对原单机无穷大系统机电振荡模式的影响78-105
• 4.1 同步发电机接入单机无穷大系统的数学模型78-88
• 4.1.1 同步发电机接入单机无穷大系统的非线性模型78-82
• 4.1.2 同步发电机接入单机无穷大系统的线性化模型82-88
• 4.2 同步发电机接入后的单机无穷大系统的阻尼转矩分析88-93
• 4.2.1 直接计算法88-91
• 4.2.2 间接计算法91-93
• 4.3 算例93-104
• 4.3.1 阻尼转矩分析结果正确性验证93-96
• 4.3.2 同步发电机SG1出力变化的影响96-97
• 4.3.3 同步发电机SG2出力变化的影响97-99
• 4.3.4 同步发电机SG1和SG2同时变化时的影响99-101
• 4.3.5 线路长度变化时的影响101-103
• 4.3.6 同步机与双馈风机接入对单机无穷大系统的不同影响103-104
• 4.4 本章小结104-105
• 第5章 总结与展望105-106
• 5.1 总结105
• 5.2 展望105-106
• 参考文献106-110
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果110-111
• 致谢111

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