接入弱交流电网的风机发电系统控制策略及稳定性研究

发布时间：2020-09-19 14:24

　　伴随着社会经济的高速增长,能源逐渐成为人们关注的重点话题。能源供应紧张是全人类不得不面对的一个现实问题,但这也极大地推进了可再生能源的发展进程。风能作为一种清洁环保的可再生能源,以自身的优越特性逐步受到人们的青睐。风电的装机容量在不断增大,其在电力系统中占的比重也越来越高,由于风电集群化的特点,风力发电系统的接入点逐渐处于弱交流电网,系统的安全稳定面临着巨大挑战。如何提高接入弱交流电网的风电系统对系统小扰动的适应性,提高风机发电系统的稳定性是本课题研究的意义所在。本文以并网双馈风力发电系统为研究对象,分别推导了三相坐标系与dq坐标系下双馈风机的数学模型,对并网双馈风力发电系统进行稳定性分析,提出了提高系统稳定性的优化控制方法。具体内容包括如下方面:首先,介绍了双馈风力发电系统的控制原理,在单机无穷大系统中,从电磁时间尺度的动态过程出发,忽略较慢的机电时间尺度的动态,认为风力发电机的转速和功率为定值。考虑了有功功率环、直流电压环、机侧端电压环和锁相环的对系统的控制作用,建立了线性化的小信号模型。作为电网和风力发电系统的连接元件,对锁相环的工作原理做了详细的介绍,并建立了详细模型。通过和详细模型的仿真分析比较验证了提出的线性化的小信号模型的合理性。然后,基于提出的线性化的小信号模型,从有功功率环、锁相环、直流电压环和机侧端电压环四个控制环方面运用特征值分析法分析了系统的运行稳定性问题。根据不同电网强度下系统根轨迹的变化趋势分析给出了系统的主导特征值,并分析给出了这四个控制环在弱交流电网下对主导模式的影响情况。根据并网双馈风力发电系统阻尼比随短路比的变化趋势建议给出了并网双馈风力发电系统的强弱电网分界点。最后,以各控制环参数和虚拟母线电压为研究对象,讨论了控制环参数优化值的选取和虚拟母线电压优化控制法相关系数的取值范围。从锁相环控制参数优化、直流电压环控制参数优化和端电压环控制参数优化三个方面讨论分析各控制参数的设计。从双馈风力发电系统的接入点来优化考虑,提出一种虚拟母线电压优化控制方法,通过小信号模型验证了该优化控制方法的有效性。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM614

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