直驱式风电机组参与调频对电网频率稳定性的影响

发布时间：2017-08-19 06:25

  本文关键词：直驱式风电机组参与调频对电网频率稳定性的影响

  更多相关文章： 风力发电 永磁同步发电机 一次调频 虚拟惯量控制 平均系统频率模型 小扰动分析 差分算法

【摘要】：随着风电功率在电网中不断渗透,系统频率稳定性受到严峻挑战。风电追踪最大风能的运行方式不再是一种最经济合理的选择,因此研究风电机组参与频率控制十分必要,风电机组提供调频控制对电网频率稳定性的影响也需要进一步研究。本文以直驱式永磁同步风电机组为研究对象,分析其参与一次调频和虚拟惯量调频对电网频率稳定性的影响。主要研究内容如下：(1)变速风电机组通过超速和变桨调节实现有功备用,基于风机出力对频率变化的增量,定义有无风电调频下的稳态频率偏移之差,以量化风电机组对减小频率偏移的贡献,确定充分利用风电备用容量时的负荷临界增量。此外,建立包含风电机组和火电机组调频控制的平均系统频率模型,推导其线性化形式进行特征分析,以特征值的变化规律为依据合理选择桨距角PI控制参数。(2)通过虚拟惯量控制能够释放变速风电机组转子动能参与系统惯性调频。考虑不同运行方式,对风电机组转子运动方程线性化,结合电网中同步机组有功频率特性,推导得到系统频率与风电机组转子转速关于负荷变化的传递函数,扩展了现有低阶平均系统频率响应模型,使之能够计及风电机组转子转速动态。(3)变速风电机组参与调频需要引入频率控制信号。分别以惯性中心频率和并网点频率为信号,对包含永磁同步风电机组的多机系统线性化,推导各自的特征矩阵形式,对比小扰动分析结果的异同。(4)准确的时域动态仿真是研究变速风电机组参与电网调频的基础。有功负荷突增等扰动会使电压相角发生跳变,导致用常规隐式梯形法差分化微分方程组求解得到的频率仿真波形失真,表现为数值振荡。对比分析采用隐式梯形法、阻尼梯形法和Gear二阶差分法下的计算结果,为调频动态仿真选择合适的差分算法。
【关键词】：风力发电 永磁同步发电机 一次调频 虚拟惯量控制 平均系统频率模型 小扰动分析 差分算法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 1 绪论17-26
• 1.1 选题背景及意义17-18
• 1.2 整体研究概况18-20
• 1.3 模拟同步发电机的频率控制20-23
• 1.4 风电参与调频对频率稳定性的影响23-25
• 1.5 本文的主要工作25-26
• 2 风力机的捕获风能特性26-32
• 2.1 风力机空气动力学特性26-27
• 2.2 最大功率点跟踪运行方式27-28
• 2.3 减载运行方式28-30
• 2.4 算例分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 直驱永磁同步风力发电机建模32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 PMSG电机数学方程32-34
• 3.2.1 基准值和基本物理量定义32
• 3.2.2 PMSG数学方程的有名值形式32-33
• 3.2.3 PMSG数学方程的标幺化推导33-34
• 3.3 背靠背变流器数学方程34-38
• 3.3.1 直流侧功率方程及其标幺化34-35
• 3.3.2 机侧变流器控制方程及其标幺化35-36
• 3.3.3 网侧滤波电感电路方程及其标幺化36-37
• 3.3.4 网侧变流器控制方程及其标幺化37-38
• 3.4 无调频控制下PMSG并网运行仿真38-48
• 3.4.1 接入风电的改进WSCC 9节点测试系统38-39
• 3.4.2 风速变化扰动39-44
• 3.4.3 断线故障44-46
• 3.4.4 有功负荷突增扰动46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 风电机组通过有功备用参与调频49-63
• 4.1 风电机组一次调频能力及调频效果分析49-56
• 4.1.1 问题引入49
• 4.1.2 风电调频策略及频率分析模型49-51
• 4.1.3 风电对于减小稳态频率偏移的贡献分析51-53
• 4.1.4 算例分析53-56
• 4.2 风电参与调频控制时桨距角参数选择56-62
• 4.2.1 问题引入56
• 4.2.2 系统线性化及特征矩阵导出56-58
• 4.2.3 算例分析58-62
• 4.3 本章小结62-63
• 5 风电机组通过虚拟惯量控制参与调频63-75
• 5.1 引言63
• 5.2 PD型虚拟惯量控制63-64
• 5.3 风电机组转子功率平衡方程64-65
• 5.4 频率与转速传递函数推导65-67
• 5.5 算例分析67-74
• 5.5.1 传递函数与ASF模型仿真结果对比及误差分析67-70
• 5.5.2 控制参数下零极点的分布70-71
• 5.5.3 虚拟惯量参数取值讨论71-73
• 5.5.4 传递函数与测试系统仿真结果的对比验证73-74
• 5.6 本章小结74-75
• 6 风电参与调频时多机系统小扰动分析75-89
• 6.1 引言75
• 6.2 小扰动分析方法及系统特征结构矩阵的形成75-77
• 6.3 考虑风电调频时系统特征矩阵的形成77-79
• 6.4 多机系统各部分模型线性化79-84
• 6.4.1 同步发电机组模型线性化79-80
• 6.4.2 PMSG风电机组数学模型线性化80-83
• 6.4.3 机网接口及电网代数方程线性化83-84
• 6.5 算例分析84-89
• 6.5.1 MPPT方式下小扰动分析84-86
• 6.5.2 调频控制下小扰动分析86-89
• 7 数值差分方法影响风电调频仿真结果的探讨89-96
• 7.1 引言89
• 7.2 不同数值差分方法及其迭代格式89-90
• 7.3 算例分析90-95
• 7.3.1 ASF模型中由于增添变量引起的数值振荡现象90-91
• 7.3.2 多机并网仿真中由于节点频率计算引起的数值振荡91-93
• 7.3.3 不同数值差分方法下节点频率仿真对比93-95
• 7.4 本章小结95-96
• 8 结论和展望96-98
• 8.1 结论96-97
• 8.2 展望97-98
• 参考文献98-107
• 附录107-108
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况108

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本文编号：699196