基于低电压穿越控制的直驱风电场等值建模研究

发布时间：2020-06-10 19:47

【摘要】：随着风电技术的快速发展,风电场装机容量不断增大,大规模风电场并网对电力系统安全稳定的影响日益显著。风电场详细建模工作量大且模型复杂,因此需要建立等值模型来简化计算。为准确表征风电场的外部特性,同时为风电场并网在线仿真分析提供有效的模型基础,迫切需要建立合理有效的风电场等值模型。本文基于永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略,提出适用于大规模直驱风电场的等值建模方法。主要工作内容及研究成果如下:首先,通过对永磁直驱风电机组工作原理和控制特性的分析,建立了永磁直驱风电机组的电磁暂态数学模型,重点研究了机侧变流器和网侧变流器的控制策略,为后文直驱风电场的等值建模研究做铺垫。其次,为提高了传统K-均值聚类算法准确性和稳定性,提出一种结合了密度聚类和划分聚类两种思想的改进D-K聚类算法,并通过仿真验证了该算法在风电场等值建模中具有良好适应性。再次,研究了故障期间永磁直驱风电机组的低电压穿越实现方法,并以此为切入点,提出了一种适用于直驱风电场的离线暂态等值建模方法。根据机组卸荷电路导通情况首次分群,将卸荷电路未导通机组在故障期间的机端电压作为分群指标,应用改进D-K聚类算法再次分群。系统仿真结果表明,所建立的离线等值模型可以较准确地反映风电场的暂态响应特性,验证了该方法的合理性和有效性。最后,为提高风电场等值模型的时效性和准确性,在离线等值建模的基础上,基于离线建立等值模型数据库,在线匹配最佳参考工况的思想,针对大规模直驱风电场提出一种在线动态等值建模方法。通过算例仿真,对比分析连续故障条件下离线等值模型和在线等值模型的精度,验证了在线动态等值建模方法的合理性。
【图文】：

图 3.4 永磁直驱风电机组的电磁暂态仿真模型Fig.3.4 Transient simulation model of PMSG风电机组输入风速为额定风速 12m/s，机端变压器到中压母线的电气距离为1km。电网在 4s 时发生三相短路故障，电网电压跌落至 0.2pu，故障持续 0.625s。有无低电压穿越控制的永磁直驱风电机组模型的直流侧母线电压、有功功率和无功功率的仿真对比图如图 3.5 所示。从图 3.5 给出的仿真结果可以看出，未采用低电压穿越控制的机组在电网电压跌落期间直流侧电压上升幅值较高，最高升至 1.243pu，输出有功下降至 0.235pu，仅发出 0.041pu 的无功。风电机组采用低电压穿越控制后，风机在电网故障期间以无功电流优先输出进行功率的重新分配，输出 0.307pu 的有功功率和 0.27pu 的无功功率，对电网提供了较多的无功支撑，同时，将直流侧母线电压幅值限制在1.17pu以内，有效地抑制直流母线电压的波动，，提高了机组的低电压穿越能力。线电压/pu1.151.21.251.3NOLVRTLVRT
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614

【参考文献】

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本文编号：2706774