双馈风电机组小干扰稳定性分析及参与调频控制策略研究

【摘要】：随着风力发电技术的日益成熟，风电在电力系统中所占的比例不断增加，电网对并网运行的风电机组提出了越来越高的要求。一方面，要求风电机组在接入电网末端或者在恶劣电网环境下，依然能够保持自身稳定运行；另一方面，大规模风电并网，希望风电能像传统发电一样具有参与电网调节的能力。本项目从风电机组自身角度考虑，研究其在电网遭受小干扰情况下的稳定性，同时从电网的角度出发，研究风电机组参与电网频率调节的控制策略。研究内容对提高风电并网后的电网频率稳定性和“电网友好型”风电场的建设具有重要的现实意义。 本文以目前广泛应用的双馈风电机组为研究对象，在掌握了双馈风电机组工作原理和控制策略的基础上，开展了以下研究工作： ①为了研究并网双馈风电机组参数及运行状态变化对其小干扰稳定性的影响程度及规律，基于双馈机组的状态方程，建立双馈风力发电机组的小信号模型。计算机组自身机械参数、电气参数以及运行状态变化后的系统特征值，分析机组的小干扰稳定性。进一步引入参数灵敏度概念，计算不同运行状态下系统特征值对参数的灵敏度，分析参数变化对特征值的影响程度及趋势。 ②为了研究电网频率变化对双馈风电机组小干扰稳定性的影响，提出并建立考虑电网频率变化因素的双馈风电机组小信号模型。计算改进模型和常规模型在不同电网频率下的特征值，分析双馈风电机组在不同电网频率下的小干扰稳定性。通过仿真分析，对所建模型和理论分析进行验证。 ③为了提高双馈风电机组参与电网频率调节的能力，在分析现有控制策略下双馈风电机组调频能力的基础上，结合机组自身调节特性，提出一种附加转速控制环节的频率综合控制策略。针对不同策略的控制原理及电网频率突变后的调频效果进行仿真比较，验证所提出控制策略的有效性。 上述研究成果对提高并网风电系统的小干扰稳定性及参与电网调频能力具有一定参考价值，为进一步提高双馈风电机组的电网适应能力奠定了理论基础。 【关键词】：风力发电 双馈风电机组 小干扰稳定性 频率稳定性 频率控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究意义8-12
• 1.2 课题的国内外研究现状12-13
• 1.2.1 风电并网小干扰稳定性研究现状12
• 1.2.2 风电机组频率特性及频率调节研究现状12-13
• 1.3 本文的研究内容13-14
• 2 双馈风电机组及其功率解耦控制策略14-27
• 2.1 引言14
• 2.2 双馈风电机组及其控制系统建模14-23
• 2.2.1 风力机及传动链数学模型15-16
• 2.2.2 双馈发电机电磁暂态数学模型16-18
• 2.2.3 变流器控制策略18-22
• 2.2.4 桨距角控制策略22-23
• 2.3 双馈风电机组功率解耦控制的仿真分析23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 双馈风电机组小干扰稳定性建模及分析27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 双馈风电机组的小信号模型27-33
• 3.2.1 小干扰稳定性及特征值分析方法27-30
• 3.2.2 双馈发电机小信号模型30-31
• 3.2.3 系统特征值及状态变量参与因子31-33
• 3.3 参数及运行状态对双馈风电机组小干扰稳定性的影响33-36
• 3.3.1 机械参数对特征值的影响分析33-34
• 3.3.2 电气参数对特征值的影响分析34-35
• 3.3.3 运行状态对特征值的影响分析35-36
• 3.4 特征值对参数的灵敏度分析36-39
• 3.4.1 特征值对参数灵敏度36-37
• 3.4.2 不同运行状态下特征值对参数灵敏度分析37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 考虑电网频率变化因素的双馈风电机组小信号模型40-43
• 4.2.1 风电场接入电力系统频率规定40-41
• 4.2.2 考虑电网频率变化的双馈发电机电磁暂态模型41-43
• 4.3 考虑电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性分析43-49
• 4.3.1 系统状态方程及特征值分析43-45
• 4.3.2 电网频率变化对小干扰稳定性的影响分析45-46
• 4.3.3 仿真验证46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 提高双馈风电机组参与调频能力的综合控制策略50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 双馈风电机组的调频控制原理50-52
• 5.3 双馈风电机组的频率控制策略分析52-56
• 5.3.1 双馈风电机组频率下垂控制原理52-53
• 5.3.2 双馈风电机组频率惯性控制原理53
• 5.3.3 仿真分析53-56
• 5.4 双馈风电机组的频率综合控制策略56-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 附录67-68
• A. 1.5 MW 双馈风电机组主要参数67
• B. 双馈风电机组参与调频控制仿真参数67
• C. 作者在攻读学位期间学术成果目录67-68

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