基于阻抗建模的双馈风力发电机稳定性研究

发布时间：2020-05-24 18:31

【摘要】：随着风电场规模的不断扩大和风电机组装机容量的不断增大,其对电力系统及风电设备本身的安全稳定运行带来了诸多挑战。我国风电主要以高集中度大规模的形式开发,风电场多远离负荷中心,这样的电能传输模式会给风电场和电网之间引入一定的线路阻抗,此时电网被视为弱电网。大规模风电并网设备会与弱电网之间相互作用、相互影响,使并网系统不稳定。对于因系统互联而引起的不稳定问题,阻抗稳定性分析法可以准确分析不稳定产生的原因,为并网系统稳定性提供解决思路。双馈风力发电机作为目前使用最为广泛的风力发电机组类型,因此本文针对弱电网条件下双馈风力发电机系统稳定性问题展开研究,主要内容包括:双馈电机系统正负序输出阻抗建模,电网强弱及各种控制参数对系统稳定性的影响和虚拟感抗控制器的设计。双馈异步电机系统的等效输出阻抗建模是本文研究的重点。本文通过谐波线性化的方法,分别推导出双馈电机系统网侧变换器、电机及转子侧变换器和整个系统的正负序阻抗模型,在建模过程中考虑电机结构、电流调节器和锁相环对阻抗建模的影响,并对输出阻抗特性进行分析。结合所建立的阻抗模型和奈奎斯特稳定判据,分别分析网侧变换器、电机及转子侧变换器和双馈电机并网系统在弱电网下的稳定性,研究不同电网阻抗值和控制参数对并网系统稳定性的影响,并通过仿真验证其正确性。针对弱电网情况下的双馈发电机并网系统的不稳定现象,采用一种基于虚拟感抗的控制方法。所设计控制器便于实现,不需要额外增加传感器,在不改变控制系统调解器参数和系统工作状态的条件下,能够有效提高系统的稳定性,并通过仿真验证了其有效性。
【图文】：

图 1-1 2008-2017 年中国新增并网容量及同比增长而我国风力发电产业虽然发展迅猛，但是在关键技术等方面仍与国外存在一定的差距，随着风电单机装机容量的不断增大及其在电力系统占比例的不断提高，风力发电对电力系统及设备本身的安全稳定运行挑战，因电网故障或是风电场电气设备故障而导致的风电机大规模的常有发生，对电力系统的安全稳定运行造成了极大的影响，并网问题制约我国风电发展的瓶颈。我国风能资源与电力负荷中心呈逆向分布取大规模风电“集中式开发、远距离输送”的运营模式，这样的电能传输分布式并网设备和电网之间引入一定的线路阻抗，此时电网不能被视压源，这种带有一定内阻的电网称为“弱电网”[2]。然而在风电机组控制过程中，大多是在理想电网或是并网接入点条件确定的情况下进行的考虑风力发电机内部控制系统的稳定性，而在弱电网的条件下，电网并网单元之间会相互作用与影响，引起系统失稳，出现谐振现象甚至此，研究在弱电网条件下风力发电系统的稳定性是很有必要的。

还增大了风力机的损耗。随着风电控制技术的进步，，大容量在最大风能追踪点，这是变速恒频风力发电技术实现的根本式是指将不同类型的风力发电机组与现代电力电子变流器进而实现对风力发电系统转速的较大范围的控制。变速恒频发恒速恒频发电方式更易实现并网操作和稳定运行等优点，已风电发电机组中，尤其是兆瓦级以上的风电系统中。速恒频发电系统主要包括双馈异步发电机（Doubly Fed FIG ） 和 永 磁 同 步 发 电 机 （ Permanent Magnet SynMSG）两种类型。这两种形式的机组由于结构不同，在实现方差异。永磁直驱同步发电机的控制框图如图 1-2 所示，电机通连，与电网没有直接联系，变流器容量与发电机额定容量相小，电网适应性强。但由于现阶段永磁同步电机的运行控制且制造发电机所需的稀土永磁材料较为稀少和昂贵，发电机瓦级的风电场中大多数都是用的双馈异步电机。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315

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本文编号：2678809