双馈风电机组并网的次同步控制相互作用问题研究

发布时间：2017-09-23 12:26

  本文关键词：双馈风电机组并网的次同步控制相互作用问题研究

  更多相关文章： 双馈风电机组 串补线路 次同步控制相互作用 小信号法 复转矩系数法 混合附加次同步阻尼控制器

【摘要】：当今的风力发电系统中双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)的应用十分广泛。随着风电场规模的扩大,为了实现远距离输电的稳定和经济运行,大规模风电送出时经常采用串联电容补偿线路(简称串补线路),以增加线路传输功率、提高系统稳定性。按照相互作用的对象不同,风电机组的次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)问题有3种类型,分别是次同步谐振(Sub-synchronous Resonance,SSR),指的是风电机组轴系与固定串补之间的相互作用;装置引起的次同步振荡(Sub-synchronous Torsional Interaction,SSTI),主要是指风电机组控制器或者相邻的FACTS装置控制器与风电机组轴系之间的作用;次同步控制相互作用(Sub-synchronous Control Interaction,SSCI),这类是指由风电机组控制器与固定串补之间的相互作用引发的次同步振荡。SSCI是随着风力发电技术的快速发展而出现的一种新的次同步振荡现象,2009年在美国第一次发生并造成风电机组的损坏。首先,运用小信号分析法分析SSCI,针对DFIG经固定串补输出的单机无穷大系统,建立了三质量块数学模型、感应电机五阶数学模型、变频器数学模型,以及电网输电线路的数学模型。采用特征值分析法分析系统的振荡模式,引入相关因子定量表示系统状态变量在所有振荡模式中的相关性大小。最后得出发生SSCI的诱因是固定串补与转子侧变频器的相互作用。其次,在PSCAD仿真平台中建立了详细的受控源等效变频器DFIG并网模型,并对等效模型的正确性进行仿真验证。结合时域仿真实现的复转矩系数法——测试信号法,分析转子侧变流器的控制参数、输电线路串补度以及线路电阻对SSCI的影响。研究结果表明:转子侧变流控制器内环比例增益的增大、转子侧变流控制器积分时间常数的减小、串补度的增加以及线路电阻的减小都会助增SSCI,转子侧变流控制器外环比例增益和积分时间常数对SSCI影响不大。然后,利用PSCAD仿真平台中建立的详细的受控源等效变频器DFIG并网模型,采用时域仿真法分析上述参数对SSCI的影响。研究结果与复转矩系数法所得结论一致。最后,参考对传统火电机组次同步振荡的抑制措施,鉴于DFIG本身的控制方式,通过改进DFIG转子侧变频器的控制策略,在功率的控制外环中附加阻尼控制环节,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)来抑制SSCI,通过对功率的动态调节作用,增强DFIG所提供的电气阻尼,进而达到抑制SSCI的目的。并运用时域仿真验证了SSDC的抑制效果。
【关键词】：双馈风电机组 串补线路 次同步控制相互作用 小信号法 复转矩系数法 混合附加次同步阻尼控制器
【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】：TM315
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 课题研究动态14-21
• 1.2.2 各种类型风电机组的SSCI特性14-16
• 1.2.3 SSCI发生的机理与特性16-18
• 1.2.4 SSCI问题的研究方法18-19
• 1.2.5 抑制SSCI的措施19-21
• 1.3 本文的主要工作21-22
• 第2章 并网双馈风电机组的数学模型22-42
• 2.1 引言22-23
• 2.2 机组轴系的数学模型23-27
• 2.2.1 轴系的运动方程23-24
• 2.2.2 标幺值表示的轴系状态空间方程24-27
• 2.3 感应发电机五阶模型27-30
• 2.4 双馈风电机组变频器模型30-36
• 2.4.1 变频器直流部分模型30-32
• 2.4.2 转子侧变频器模型32-34
• 2.4.3 定子侧变频器模型34-36
• 2.4.4 变频器与电网接口模型36
• 2.5 电网数学模型36-41
• 2.5.1 RL线路、无穷大电源和变压器模型36-39
• 2.5.2 电容的状态空间模型39-40
• 2.5.3 电阻电感电容串联输电线路的状态空间模型40-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 双馈风电机组并网模型的特征值分析42-59
• 3.1 引言42
• 3.2 双馈风电机组在Matlab/simulink中的状态模型42-45
• 3.2.1 双馈风电机组轴系模块42-43
• 3.2.2 感应发电机五阶模型状态空间模块43-45
• 3.2.3 电网模型的状态空间模块45
• 3.3 DFIG并网系统参数的设置45-50
• 3.3.1 DFIG并网模型45
• 3.3.2 轴系三质量块模型的参数计算45-47
• 3.3.3 感应发电机模型的参数计算47
• 3.3.4 变频器模型的参数计算47-48
• 3.3.5 电网部分的参数计算48
• 3.3.6 系统运行参数的计算48-50
• 3.4 特征值计算结果50-52
• 3.5 相关因子计算结果52-55
• 3.6 振荡模式分析55-57
• 3.6.1 高频振荡模式55
• 3.6.2 感应电机主导的振荡模式55
• 3.6.3 RLC串补输电线路主导的振荡模式(SSCI)55-56
• 3.6.4 三质量块主导的振荡模式56-57
• 3.7 本章小结57-59
• 第4章 DFIG次同步振荡阻尼特性与抑制策略59-76
• 4.1 引言59
• 4.2 换流器的等效模型59-63
• 4.2.1 等效原理59-60
• 4.2.2 模型验证60-62
• 4.2.3 两种模型暂态响应对比62-63
• 4.3 DFIG的次同步振荡阻尼特性63-68
• 4.3.1 分析方法63-64
• 4.3.2 SSCI的特性分析64-68
• 4.4 时域仿真法分析系统SSCI特性68-71
• 4.5 SSCI抑制策略71-74
• 4.5.1 原理71-72
• 4.5.2 参数整定72-73
• 4.5.3 验证73-74
• 4.6 本章小结74-76
• 第5章 结论与展望76-78
• 5.1 结论76-77
• 5.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-83
• 致谢83

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本文编号：905254