考虑风电出力波动的电力系统低频振荡分析

【摘要】：近年来,由于风电技术的进步、国家政策的支持、能源危机以及环境保护的客观需求,风电装机容量逐年大幅上升；同时由于大区电网互联而带来的区域之间的低频振荡弱阻尼现象备受关注,风电并网后对其产生的影响虽已得到初步研究,但是考虑风电出力波动的电力系统小干扰稳定还欠缺分析。本文建立了不同类型的风机模型,并分析了风电并网对系统阻尼特性的影响,求取了系统特征值对风电场有功出力的灵敏度,以此为指导求取了风电出力波动区间内系统振荡模态的阻尼比区间。 本文首先建立了风电机组的机械系统模型,包括空气动力学系统模型、机械传动系统模型和桨距角控制系统模型,然后建立了异步风机的感应发电机模型,针对双馈变速风机建立了发电机变换器等效模型和变换器控制系统模型,针对永磁直驱风机建立了永磁同步发电机模型,并对与其相应的变频器控制系统进行了建模。 然后分析了风电接入不同典型系统后对系统阻尼特性的影响,建立了三种不同风机单机接入无穷大母线的简单系统,建立了其用于小干扰稳定分析的状态方程,得到了系统状态矩阵的解析表达,通过特征值分析法对简单系统的振荡模态进行了研究,并分析了其产生的机理：以4机2区域经典系统为例研究了不同类型的等值风电场、不同的风电场出力的情况下风电接入对其原有振荡模态的影响；以新英格兰10机39节点系统为例,研究了风电场接入位置不同时,与无风电接入时相比,系统阻尼特性的变化。 最后本文为了研究风电出力波动区间下的系统阻尼特性变化规律,推导了系统特征值阻尼比对风电场有功出力的灵敏度计算公式,并用扰动法通过算例验证了公式的正确性。通过计算特征值灵敏度可以准确地得知风电场有功出力变化对系统振荡模态阻尼的影响趋势和影响程度,以此作为指导,使用迭代法求取了风电场有功出力区间内系统振荡模态的阻尼比极值,从而得到了阻尼比区间,通过分析振荡模态阻尼比达到极值时风电出力的状态,可以推断出详细的系统阻尼比在风电出力波动下的变化规律。 【关键词】：风电机组 风电场 阻尼特性 风电有功出力灵敏度 区间阻尼比
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 研究现状12-17
• 1.2.1 风电系统的动态分析模型12-13
• 1.2.2 含风电系统的小干扰稳定性分析13-14
• 1.2.3 考虑系统参数不确定性的小干扰稳定分析方法14-17
• 1.3 本文主要工作17-19
• 第2章 风力发电机组的模型19-35
• 2.1 风电机组简介19-21
• 2.2 风电机组机械系统建模21-25
• 2.2.1 空气动力学系统21-23
• 2.2.2 机械传动系统23-24
• 2.2.3 桨距角控制系统24-25
• 2.3 异步风电机组建模25-26
• 2.4 双馈感应风电机组建模26-31
• 2.4.1 发电机变换器等效模型27-28
• 2.4.2 变换器控制系统模型28-31
• 2.5 永磁直驱风电机组建模31-34
• 2.5.1 永磁同步发电机模型31-32
• 2.5.2 变频器控制系统模型32-34
• 2.6 小结34-35
• 第3章 风电接入对系统阻尼特性影响分析35-59
• 3.1 单风机接无穷大系统特征值分析35-46
• 3.1.1 异步风机接入无穷大系统35-38
• 3.1.2 双馈变速风机接入无穷大系统38-43
• 3.1.3 永磁直驱风机接入无穷大系统43-46
• 3.2 等值风电场接入4机2区域系统46-51
• 3.2.1 异步机风电场接入系统47-48
• 3.2.2 双馈机组风电场接入系统48-50
• 3.2.3 永磁直驱机组风电场接入系统50-51
• 3.3 风电接入位置对系统阻尼特性影响分析51-58
• 3.3.1 无风电接入10机39节点系统特征值分析51-54
• 3.3.2 考虑风电接入位置对系统阻尼特性的影响54-58
• 3.4 小结58-59
• 第4章 考虑风电场出力区间的系统区间阻尼比计算59-81
• 4.1 引言59-60
• 4.2 风电场有功功率的灵敏度计算60-67
• 4.2.1 特征值灵敏度基本概念60
• 4.2.2 风电场有功功率的灵敏度计算60-67
• 4.3 区间阻尼比的计算67-70
• 4.3.1 区间阻尼比的定义67-68
• 4.3.2 区间阻尼比的计算方法68-70
• 4.4 算例分析70-78
• 4.4.1 灵敏度测试71-74
• 4.4.2 异步机风电场接入系统74-76
• 4.4.3 永磁直驱机组风电场接入系统76-78
• 4.5 小结78-81
• 第5章 结论与展望81-83
• 附录A 新英格兰10机39节点系统低频振荡模态分析83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士学位期间参与的课题研究与项目研发91-92
• 学位论文评阅及答辩情况表92

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