含双馈风电场的电力系统次同步振荡研究

发布时间：2017-09-25 19:22

  本文关键词：含双馈风电场的电力系统次同步振荡研究

  更多相关文章： 双馈风机 次同步振荡 影响机理研究 无功分级控制 附加阻尼控制器 带阻滤波器 旁路阻尼滤波器

【摘要】：随着风电装机容量的不断增加和串联补偿技术在大规模风电外送中的运用,国内外多处双馈风电场发生了由串联电容补偿引起的次同步振荡事故。因此,对含双馈风电场的电力系统次同步振荡影响因素研究和抑制研究具有显著的现实意义。本文的主要研究内容如下：(1)研究了双馈风力发电系统的工作原理和结构,推导了适合含双馈风电场的电力系统次同步振荡研究所需要的各模块的数学模型,建立了基于定子电压定向矢量控制策略的转子侧和网侧控制器的数学模型。(2)推导了双馈风力发电系统的线性化模型和状态矩阵,给出了特征结构分析法的算法流程,编制了特征结构分析法的程序,结合参与因子和风电场次同步振荡机理识别出了次同步振荡模态和轴系模态,并通过时域仿真验证了特征结构分析结果的有效性和准确性。(3)将可能影响风电场次同步振荡的参数系统性地分为风电外送运行中的不确定参数、确定的不可控参数和确定的可控参数这三类进行研究。结果表明,不确定参数中,风速、转子转速、风力机发出有功功率影响较大,在设计附加阻尼控制器时应重点考虑它们的影响;确定的不可控参数中,串补度、线路电阻和变压器电阻影响较大,在电网设计阶段应对其进行合理的选择；确定的可控参数中,定子发出无功功率参考值影响较大,控制该参数使双馈风机发出感性无功可以为系统提供正阻尼,转子侧控制器的内、外环比例系数的影响也较大,在变换器参数设计时应对其进行合理的优化。进一步研究了转子侧控制器对风电场次同步振荡的影响机理,将转子侧控制器等效为转子侧的电阻,从感应发电机效应的机理上解释了转子侧控制器内外环比例系数对风电场次同步振荡的影响,分析了内、外环比例系数间的交互影响,解释了以往文献中外环比例系数研究结果出现矛盾的原因,特征结构分析的结果验证了该机理分析的正确性。(4)研究了四种含双馈风电场的电力系统次同步振荡抑制方法。提出了一种基于定子无功分级控制的紧急状态下风电场次同步振荡抑制方法,该方法仅需控制风电场无功功率参考值,无需额外增加设备投资,控制成本低,并能有效抑制一定程度的次同步振荡,是一种实用的风电场次同步振荡紧急抑制方法；研究了基于特征结构分析的相位提取方法,针对风速变化的随机性,设计了一种考虑不同风速的最优相位补偿附加阻尼控制方法;研究了将带阻滤波器安装在转子侧控制器输出端以吸收次同步电流的抑制方法,时域仿真验证了其对设计的阻带频率范围内的风电场次同步振荡都能有效抑制,对工况变化情况适应性较强;首次探讨了旁路阻尼滤波器抑制风电场次同步振荡的可行性,设计了合理的旁路阻尼滤波器,时域仿真表明其几乎可以抑制所有次同步频率范围内的风电场次同步振荡,具有非常强的适应性。
【关键词】：双馈风机 次同步振荡 影响机理研究 无功分级控制 附加阻尼控制器 带阻滤波器 旁路阻尼滤波器
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景和研究意义9-11
• 1.2 课题研究现状11-15
• 1.2.1 风电场次同步振荡分析方法11-12
• 1.2.2 风电场次同步振荡机理12-14
• 1.2.3 风电场次同步振荡抑制方法14-15
• 1.3 本文主要工作15-17
• 第二章 双馈风力发电系统数学模型17-29
• 2.1 双馈风力发电系统17-18
• 2.2 风力机空气动力学模型18-20
• 2.3 轴系模型20-21
• 2.4 双馈感应电机模型21-22
• 2.5 变换器及其控制系统模型22-27
• 2.5.1 变换器直流母线动态模型23
• 2.5.2 变换器控制系统模型23-27
• 2.6 串联补偿电容线路的数学模型27
• 2.7 本章小结27-29
• 第三章 双馈风力发电系统特征结构分析29-47
• 3.1 电力系统特征结构分析原理29-31
• 3.2 特征结构分析31-37
• 3.2.1 各模块模型线性化32-34
• 3.2.2 运行变量线性化和状态矩阵求取34-35
• 3.2.3 相关变量的稳态运行点初始化35-36
• 3.2.4 特征结构分析算法流程36-37
• 3.3 算例分析与模态识别37-42
• 3.3.1 算例分析38-40
• 3.3.2 模态识别40-42
• 3.4 时域仿真验证42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 含双馈风电场的电力系统次同步振荡影响因素研究47-69
• 4.1 参数分类47-48
• 4.2 双馈风机次同步振荡稳定运行域48-50
• 4.3 不确定参数影响研究50-52
• 4.3.1 风速对风电场次同步振荡的影响50-51
• 4.3.2 轴系阻尼系数对风电场次同步振荡的影响51-52
• 4.4 确定的不可控参数参数影响研究52-56
• 4.4.1 轴系的刚度系数对次同步振荡的影响52-53
• 4.4.2 线路电阻和变压器电阻对风电场次同步振荡的影响53-55
• 4.4.3 串补度对风电场次同步振荡的影响55-56
• 4.5 确定的可控参数参数影响研究56-68
• 4.5.1 无功功率参考值对风电场次同步振荡的影响56-59
• 4.5.2 网侧控制器参数对风电场次同步振荡的影响59-60
• 4.5.3 转子侧控制器参数对风电场次同步振荡的影响60-63
• 4.5.4 转子侧控制器对风电场次同步振荡的影响机理研究63-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 含双馈风电场的电力系统次同步振荡抑制研究69-93
• 5.1 基于定子无功分级控制的紧急状态下风电场次同步振荡抑制方法69-76
• 5.1.1 双馈风机定子发出无功极限70-71
• 5.1.2 紧急状态下定子无功分级控制策略71-73
• 5.1.3 定子无功分级控制策略仿真及其对系统电压的影响73-76
• 5.2 附加阻尼控制器抑制风电场次同步振荡76-82
• 5.2.1 附加阻尼控制器结构及抑制原理77-78
• 5.2.2 基于特征结构分析的相位提取方法78-79
• 5.2.3 附加阻尼控制器抑制风电场次同步振荡仿真验证79-80
• 5.2.4 考虑不同风速最优相位补偿的附加阻尼控制器80-82
• 5.3 带阻滤波器抑制风电场次同步振荡82-87
• 5.3.1 带阻滤波器抑制原理及其设计82-84
• 5.3.2 带阻滤波器抑制风电场次同步振荡仿真验证84-87
• 5.4 旁路阻尼滤波器抑制风电场次同步振荡87-91
• 5.4.1 旁路阻尼滤波器抑制原理及其设计87-88
• 5.4.2 旁路阻尼滤波器抑制风电场次同步振荡仿真验证88-91
• 5.5 本章小结91-93
• 第六章 结论与展望93-95
• 6.1 结论93-94
• 6.2 展望94-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-103
• 附录103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：919155