双馈感应风机经串补并网次同步控制相互作用研究

发布时间：2017-09-18 10:16

  本文关键词：双馈感应风机经串补并网次同步控制相互作用研究

  更多相关文章： 双馈风电机 串补线路 次同步控制相互作用 特征值分析 传递函数

【摘要】：双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)由于其能变速恒频运行、控制灵活及发电效率高的特点在风电场得到日益广泛的应用。随着风电场装机容量日益增加和风电场远离负荷中心的特点,大规模风电外送多采用含有串联补偿电容的高压输电线路。双馈感应风力发电机组通过串联补偿线路(简称串补线路)外送功率时,可能发生由次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)引发的次同步振荡,导致大量机组跳机。本研究用特征值分析法和传递函数法分析双馈风电场经串补线路外送风电时引起的SSCI问题。首先,建立适用于SSCI分析的双馈风力发电系统模型,包括轴系、双馈感应发电机、输电线路及双馈发电机控制系统的数学模型,其中发电机和线路的数学模型考虑了元件的电磁暂态过程,并简单介绍了双馈风力发电系统的最大风功率跟踪和DFIG背靠背变频器的控制原理。然后,采用特征值法,对系统状态方程的线性化,得到系统的系数矩阵,计算系数矩阵的特征值和特征向量,得到系统不同振荡模态的频率、阻尼比及相关因子等参数。研究表明,转子侧变频器控制器和发电机及线路的状态变量主导了SSCI的振荡模态。转子侧变频器内环控制比例系数和积分系数、线路电容的增大会减小系统的阻尼,加剧SSCI的发生;线路电阻的增大则能够增加系统阻尼,从而抑制SSCI;转子侧变频器外环控制参数则对SSCI的影响不大。最后,结合发电机方程和线路方程推导了定、转子次同步电流的关系,根据转子侧控制器控制框图,建立了次同步扰动电流经转子侧变频器控制后作用于发电机及线路固有支路的传递函数模型。重点分析DFIG转子侧变频器控制器的内环比例系数和线路串补度等因素,并考虑风速对SSCI的影响,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建传递函数模型和双馈风机经串补线路并网系统的仿真模型,进行时域仿真和传递函数极点分析。研究表明,转子侧变频器电流内环比例积分调节器比例系数越大、串补度越大,SSCI引起的次同步振荡越严重,与特征值法分析得出的结论一致;风速越小,SSCI引起的次同步振荡也越严重。建立的传递函数模型能准确反映SSCI现象,为后续的双馈感应风电机组SSCI抑制措施的研究提供参考。
【关键词】：双馈风电机 串补线路 次同步控制相互作用 特征值分析 传递函数
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-13
• 1.2 课题研究动态13-16
• 1.2.1 SSCI的研究方法13-14
• 1.2.2 SSCI发生的机理和影响因素14
• 1.2.3 SSCI的抑制措施14-16
• 1.3 本文的主要工作16-17
• 第2章 双馈风机经串补并网数学模型17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 DFIG发电系统数学模型17-21
• 2.2.1 风轮及轴系模型18-20
• 2.2.2 双馈感应发电机模型20-21
• 2.3 DFIG变频器控制系统21-25
• 2.3.1 转子侧变频器控制器模型21-23
• 2.3.2 电网侧变频器控制器模型23-24
• 2.3.3 直流环节数学模型24-25
• 2.4 串补线路数学模型25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 SSCI的特征值分析26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 DFIG系统各部分线性化方程26-31
• 3.2.1 轴系小信号模型26
• 3.2.2 感应发电机小信号模型26-28
• 3.2.3 DFIG控制系统小信号模型28-29
• 3.2.4 串补线路小信号模型29
• 3.2.5 系统系数矩阵29-31
• 3.3 稳态运行点初始化31-33
• 3.4 SSCI的特征值分析33-39
• 3.4.1 转子侧变频器控制器参数对SSCI的影响36-38
• 3.4.2 线路串联补偿电容对SSCI的影响38
• 3.4.3 线路电阻对SSCI的影响38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 SSCI的传递函数模型分析40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 次同步扰动电流传递函数模型40-43
• 4.3 传递函数的仿真验证与SSCI特性分析43-48
• 4.3.1 传递函数仿真验证43-46
• 4.3.2 传递函数极点分析46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49-50
• 5.2 展望50-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果54-55
• 致谢55

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本文编号：874924