双馈风电机组模型参数辨识与模型验证

【摘要】：随着风电装机容量的逐渐增加,大规模风电并网对电力系统安全稳定运行和电能质量的影响也越来越突出。为了促进风电的健康发展,保证大规模风电并网的可靠运行,有必要从电网的角度对风电场控制及其并网技术、风电场并网运行对电网稳定性以及电能质量影响问题进行研究,而建立合适及准确的风电机组数学模型是开展上述研究的关键基础。本文以风电机组在低电压穿越中的实测特性为基础,对双馈风电机组的建模、参数辨识、模型验证以及风电场的并网仿真等问题进行了深入的研究。主要工作和创新性成果如下： (1)在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了基于双馈感应电机的风电机组模型,该模型主要包括以下子模块：双馈感应电机模块(内置机侧变频器)、风速模块、空气动力学模块(风力机模型)、浆距角控制模块、轴系模块(两质块轴系模型)、最大功率追踪(MPT)模块、转速控制模块、LVRT控制模块、坐标变换模块、控制补偿模块、直流电压控制模块、网侧变频器无功控制模块、网侧变频器模块、保护模块和各种测量模块。在此基础之上,对各模块的参数进行了灵敏度分析,确定影响风机并网特性的关键参数。 (2)对传统遗传算法进行改进,提出一种基于改进遗传算法的辨识方案,以风电机组在并网点电压跌至20%额定电压下的实测数据为基础将其应用于实际风机模型的参数辨识中。结果表明：提出的改进遗传算法全局搜索能力强、收敛速度快,可准确的找到多极值函数的全局最优点；所提参数辨识方案切实可行,经参数辨识后,模型可准确的反映实际风机在低电压穿越中的并网特性。 (3)对德国风能及其他新能源联合会(FGW)出版发行的TR4标准进行了详细的介绍,在MATLAB中编写了基于TR4标准的模型验证软件,以风电机组在并网点电压跌至20%额定电压下的实测数据为基础,对基本的Demo模型及本文新建的改进模型展开了相关的验证工作。验证结果表明：通过模型改进及参数辨识,模型可顺利通过验证。 (4)以某区域电网内的实际风电场M为例,以本文搭建的风电机组机电仿真模型为基础,建立了该风电场的单机等值模型,仿真了该风电场在电网发生短路故障时的并网特性,分析了该风电场的并网发电对区域电网电压稳定性的影响。可以看出,故障切除后系统母线电压及风电场的机组都能够很快恢复稳定。风电场内机组不会因为低电压而退出运行,且在故障期间可发出一定的无功功率,支持电网电压恢复。 【关键词】：双馈风电机组 参数辨识 模型验证 改进遗传算法 低电压穿越
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP18;TM73
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 课题研究现状13-17
• 1.2.1 参数辨识研究现状13-16
• 1.2.2 模型验证研究现状16-17
• 1.3 论文主要工作17-18
• 第二章 用于机电暂态仿真的双馈风电机机组建模18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 电力系统仿真软件-DIgSILENT/PowerFactory18-19
• 2.3 基于双馈感应电机的风电机组模型19-29
• 2.3.1 双馈感应发电机(内置机侧变频器)模型19-21
• 2.3.2 PWM网侧变频器模型21-22
• 2.3.3 空气动力学模型22-23
• 2.3.4 轴系模型23-24
• 2.3.5 最大功率追踪及速度控制器模块24-25
• 2.3.6 桨距角控制模块25-26
• 2.3.7 机侧变频器控制系统26-28
• 2.3.8 网侧变频器控制系统28-29
• 2.3.9 双馈风电机组保护系统29
• 2.4 双馈风电机组模型参数灵敏度分析29-32
• 2.5 小结32-34
• 第三章 基于改进遗传算法的双馈风电机组模型参数辨识34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 遗传算法(GA)简介34-36
• 3.2.1 遗传算法的基本原理34-35
• 3.2.2 遗传算法的基本特点35-36
• 3.3 遗传算法(GA)的继承与改进36-40
• 3.3.1 遗传算法的继承36-37
• 3.3.2 遗传算法的改进37-39
• 3.3.3 算法测试与比较39-40
• 3.4 基于改进遗传算法(IGA)的双馈风电机组模型参数辨识40-45
• 3.4.1 参数辨识方案40-43
• 3.4.2 算例1:参数辨识方案的有效性验证43
• 3.4.3 算例2:根据机组实测输出辨识模型关键参数43-45
• 3.5 小结45-46
• 第四章 基于TR4标准的双馈风电机组模型验证46-64
• 4.1 引言46
• 4.2 TR4标准介绍46-53
• 4.2.1 低电压穿越能力验证：试验平台46-47
• 4.2.2 电压跌落：试验与测量47-49
• 4.2.3 电压跌落：仿真49
• 4.2.4 电压跌落：数据处理与分析49-50
• 4.2.5 电压跌落：比较研究法50-52
• 4.2.6 电压跌落：容许范围和误差限制52-53
• 4.3 基于TR4标准的双馈风电机组模型验证53-63
• 4.3.1 模型验证软件介绍53-54
• 4.3.2 算例1：Demo模型的模型验证54-59
• 4.3.3 算例2:本文所搭模型的模型验证59-63
• 4.4 小结63-64
• 第五章 风电场建模及其并网仿真64-74
• 5.1 引言64-66
• 5.2 风电场及电网模型搭建66-68
• 5.3 短路故障分析68-71
• 5.4 小结71-74
• 第六章 全文总结74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 附件82

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