含双馈风电机组系统的小干扰稳定性及阻尼特性分析

【摘要】：近年来,随着电力电子技术的快速发展,变速风力发电机特别是变速恒频双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)以更有效地利用风能,和转子侧变流器的容量仅为风电容量的20%~30%等优势,使得DFIG得到了广泛的应用。且随着风力发电容量在电力系统中所占比例的不断提高,风力发电对电力系统稳定性的影响日益显著,并且大规模风电场集中接入电网也将导致阻尼特性改变。因而本文主要针对含双馈风电机组系统的小干扰稳定性及阻尼特性展开研究,建立了DFIG风电机组的动态模型,分析了简单系统的振荡模式及其阻尼特性,并采用超级电容虚拟惯性控制改善系统的稳定性和阻尼特性。本文的主要研究内容如下:(1)在全面分析课题背景和研究现状的基础上,研究DFIG风电系统的组成和工作原理,建立了双馈风电场接入电力系统的小干扰稳定性的数学模型,它包括轴系模型以及双馈感应发电机同步旋转坐标系下状态方程,建立了双馈感应风电机组变流器及其控制模型,从而得到了用于小干扰稳定性分析的双馈风电机组的动态模型。(2)本文首先建立了双馈风电机组与无穷大系统组成的简单系统,通过特征值分析法分析含DFIG风电机组的简单系统的小干扰稳定性及其阻尼特性,并计算其特征矩阵的特性值,分析系统的振荡模式及其参与因子,了解系统中产生振荡模式的原因。在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,通过仿真结果表明:在DFIG风电机组的简单系统中存在着振荡模式和衰减模式,其中系统的阻尼特性是随着振荡模式的阻尼比的变化而变化,阻尼比增大则阻尼特性变好。(3)根据异步电机的转矩—转差特性分析双馈风电机组的阻尼转矩,进而借鉴同步电机的电气阻尼的分析方法,研究双馈风电机组接入电力系统的阻尼特性,并通过Matlab/Simulink仿真验证双馈风电机组接入电力系统对阻尼特性的影响因素。随着系统参数peK在一定范围内的增大,使d sC,C0时,电磁转矩提供正的阻尼转矩和同步转矩,对低频振荡起到抑制作用。(4)基于风力发电机组电磁转矩影响系统阻尼的原理,分析了变速风电机组增加超级电容后,并通过DC-DC变换器接入到变流器的直流环节,采用虚拟惯性控制分析对系统阻尼特性的影响。最终通过Matlab/Simulink仿真分析验证基于超级电容的虚拟惯性控制对系统阻尼的影响。 【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 小干扰稳定性 阻尼特性 超级电容 虚拟惯性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景和意义11-13
• 1.2 D FIG风力发电系统13-14
• 1.3 国内外发展状况14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 变速双馈风电机组的基本理论及数学模型18-34
• 2.1 双馈风力发电机的基础理论18-20
• 2.1.1 双馈风力发电机的基本结构18-19
• 2.1.2 双馈风力发电机的运行原理19-20
• 2.2 双馈风力发电机的数学模型20-26
• 2.2.1 双馈电机的模型20-25
• 2.2.2 变流器模型25-26
• 2.3 变流器控制模型26-32
• 2.3.1 转子侧变流器控制模型26-29
• 2.3.2 网侧变流器控制模型29-32
• 2.4 双馈风电机组的轴系模型32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 DFIG系统的小干扰稳定性34-56
• 3.1 小干扰稳定性分析基础34-40
• 3.1.1 电力系统小干扰稳定性的定义34-36
• 3.1.2 特征值分析法36-40
• 3.2 基于双馈感应发电机的简单系统分析40-49
• 3.2.1 双馈电机的动态模型40-43
• 3.2.2 单机无穷大系统模型43-45
• 3.2.3 小干扰稳定性分析模型45-49
• 3.3 简单系统仿真分析49-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第4章 双馈风电机组系统的阻尼特性分析56-67
• 4.1 阻尼转矩分析56-60
• 4.1.1 异步风电机组转矩特性56-58
• 4.1.2 双馈风电机组的转矩特性58-60
• 4.2 简单系统的阻尼特性分析60-63
• 4.3 仿真算例分析63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第5章 基于超级电容的虚拟惯性控制67-77
• 5.1 虚拟惯性67-68
• 5.2 虚拟惯性控制对阻尼特性的影响68-73
• 5.2.1 虚拟惯量的引入及实现68-71
• 5.2.2 基于超级电容的虚拟惯性的分析71-72
• 5.2.3 超级电容虚拟惯性控制对阻尼特性的影响72-73
• 5.3 基于超级电容的虚拟惯性的的仿真分析73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果83-84
• 致谢84-85
• 作者简介85

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