风电并网对电力系统低频振荡特性的影响研究

【摘要】：随着世界能源危机的日益严重、风电技术的不断进步、电网互联系统的持续扩大,风电并网对电力系统稳定性的影响备受关注,其中电力系统低频振荡现象随着风电的接入时有发生,给系统安全稳定运行带来了隐患,研究风电并网对电力系统低频振荡的影响及抑制振荡的措施已成为工程实际中的热点问题。本文以双馈型风力发电机组(Double Fed Induction Generator,DFIG)为研究对象,分析风电场在不同工作情况下对系统低频振荡特性的影响,并在DFIG的转子侧变流器控制中加入DFIG-PSS(电力系统稳定器,Power System Stabilizer,PSS)模块和在互联输电线路中架设附加阻尼控制的统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)来改善含风电并网的电力系统低频振荡特性。本文的主要工作如下:(1)详细研究了双馈风力发电机组的数学模型。包括风力机模型、机械传动模型、DFIG模型、DFIG变换器模型、变换器控制模型及风电场等值模型,重点研究了DFIG变换器模型及其控制模型。(2)阐述了低频振荡的产生机理和分析方法。介绍了特征值分析法、HHT和Prony算法的原理和参数选取,提出了联合HHT和Prony算法提取低频振荡模式特征,并通过算例分析验证了该方法提取低频振荡模式特征的有效性。(3)从理论上分析了简单互联系统和含有风电并网互联系统的阻尼特性,得到了风电并网对系统低频振荡特性影响的相关因素。在四机两区域仿真模型中,对比分析了在风电场工作状况不同和系统运行状况不同时,风电并网对电力系统低频振荡特性的影响。(4)介绍了PSS的基本原理和参数整定原则,UPFC的模型和控制系统。提出了在DFIG转子侧变换器附加DFIG-PSS控制模块和在互联输电线路上架设附加阻尼控制的UPFC的策略,用以改善系统阻尼,改善风电并网对系统低频振荡特性的影响,通过仿真分析和数据对比验证了抑制策略的有效性。 【关键词】：双馈感应风力发电机 低频振荡 电力系统稳定器 统一潮流控制器 抑制策略
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM712
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题的背景及意义12-13
• 1.2 研究现状13-18
• 1.2.1 风力发电技术发展现状与发展趋势13-14
• 1.2.2 风力发电建模及研究现状14-16
• 1.2.3 风电并网对电力系统低频振荡的影响16-17
• 1.2.4 低频振荡的抑制措施17-18
• 1.3 本文研究主要工作18-20
• 第二章 风力发电机组数学模型及风电场等值模型20-39
• 2.1 双馈型异步风机的基本原理20-21
• 2.2 双馈型异步风机的机械系统模型21-23
• 2.2.1 风力机模型21-22
• 2.2.2 机械传动部分模型22-23
• 2.3 双馈异步风力发电机的模型23-28
• 2.3.1 三相坐标系中的DFIG的数学模型24-27
• 2.3.2 dq旋转坐标系下的DFIG数学模型27-28
• 2.4 变换器模型及其控制系统模型28-37
• 2.4.1 变换器模型29
• 2.4.2 网侧PWM变换器数学模型29-32
• 2.4.3 网侧PWM变换器控制模型32-34
• 2.4.4 转子侧PWM变换器数学模型34-35
• 2.4.5 转子侧PWM变换器控制模型35-37
• 2.5 风电场的等值模型37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 电力系统低频振荡机理及分析方法39-58
• 3.1 低频振荡的分类与产生机理39-41
• 3.1.1 低频振荡的分类39
• 3.1.2 低频振荡的产生机理39-41
• 3.2 低频振荡的分析方法41-43
• 3.2.1 基于线性理论的分析方法41-42
• 3.2.2 基于非线性理论的分析方法42
• 3.2.3 基于实测（仿真）信号的分析方法42-43
• 3.3 特征值分析法43-45
• 3.3.1 数学模型43-44
• 3.3.2 特征值法求取振荡相关参数44-45
• 3.4 基于HHT和Prony联合算法的电力系统低频振荡模式识别方法45-52
• 3.4.1 Hilbert-Huang变换算法46-48
• 3.4.2 Prony算法48-52
• 3.4.3 HHT和Prony联合算法52
• 3.5 算例分析52-57
• 3.5.1 理想信号分析52-55
• 3.5.2 含噪信号分析55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 含风电并网的电力系统低频振荡特性研究58-73
• 4.1 简单互联系统的阻尼特性58-60
• 4.2 含风电并网的互联系统阻尼特性60-63
• 4.3 仿真分析63-72
• 4.3.1 四机两区域系统模型63-65
• 4.3.2 风电出力对互联系统低频振荡特性影响的仿真研究65-68
• 4.3.3 风电并网输送距离对低频振荡特性影响的仿真研究68-69
• 4.3.4 联络线传输功率对区域间振荡模式特性影响的仿真研究69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 含风电并网的电力系统低频振荡抑制策略研究73-91
• 5.1 电力系统稳定器（PSS）抑制低频振荡73-77
• 5.1.1 PSS基本原理73-74
• 5.1.2 PSS相关参数整定74-75
• 5.1.3 DFIG-PSS抑制含风电并网的电力系统低频振荡策略75-77
• 5.2 统一潮流控制器（UPFC）抑制低频振荡77-85
• 5.2.1 UPFC基本原理和模型77-80
• 5.2.2 UPFC控制系统80-81
• 5.2.3 UPFC阻尼特性81-84
• 5.2.4 UPFC附加阻尼控制器84-85
• 5.3 仿真分析85-90
• 5.3.1 风电场配置DFIG-PSS模块仿真分析85-87
• 5.3.2 互联线配置带附加阻尼控制的UPFC仿真分析87-89
• 5.3.3 DFIG-PSS和UPFC联合控制对系统区间振荡抑制的仿真分析89-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第六章 总结与展望91-93
• 6.1 全文总结91-92
• 6.2 研究工作展望92-93
• 参考文献93-98
• 附录 四机两区域系统98-100
• 致谢100-101
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果101

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