风电系统多参数动分岔分析及其控制

【摘要】：风能是替代传统不可再生能源的重要资源，近年来风力发电的发展非常迅速，但是随着风力发电并网规模和容量的不断扩大，整个电网的稳定性将受到越来越大的影响，尤其是电压稳定性方面。为了深入揭示风电系统电压稳定机理,并采取有效的控制手段来保证整个电网的电压稳定性，本文在双馈异步风力发电机和walve综合负荷模型的基础上，应用分岔理论对风电系统电压稳定性和分岔现象进行分析，并对其进行控制。本文的主要研究内容及结论如下： 1.基于风电系统动态模型以风电场注入系统的有功功率、系统的无功负荷和静态无功补偿器（SVC）参数作为分岔参数，应用分岔理论对风电系统的电压稳定性及分岔现象进行分析研究。仿真分析结果表明：随着风电场注入系统有功功率的增加，系统电压在一定程度上会降低，且会使系统发生动分岔现象，引起风电系统电压发生持续振荡或者失稳现象；随着风电系统无功负荷的增大，系统在达到临界点之前已经发生了霍普夫（Hopf）分岔，系统运行的临界点前移，减小了系统运行的稳定域和带载荷能力；增大SVC参考电压和放大倍数，都可以延迟甚至完全消除系统Hopf分岔的发生，但是较参考电压来说，放大倍数的影响比较有限。 2.设计了用于常规电力系统及风电系统的高通滤波（washout filter）动分岔控制器，并基于风电系统多参数分岔研究结果对系统中存在的分岔现象进行控制。仿真分析结果表明：通过对风电场的注入功率和系统无功负荷分别施加控制，虽然系统的载荷能力有小幅度的下降，但是在很大程度上提高了系统运行的稳定域和电压质量。 【关键词】：风电系统 电压稳定性 霍普夫分岔 稳定域 载荷能力 分岔控制 高通滤波控制法
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 国内外风力发电研究现状及本文选题意义9-11
• 1.2 电力系统电压稳定性研究现状11-15
• 1.2.1 电压稳定性的定义与分类11-12
• 1.2.2 电压稳定性分析方法12-15
• 1.3 分岔与风电系统电压稳定性15-16
• 1.4 风电系统电压稳定性和分岔理论研究的发展趋势16
• 1.5 本文主要内容16-18
• 第二章 非线性动力学基本理论18-31
• 2.1 非线性动力系统稳定性研究的理论基础18-21
• 2.1.1 平衡点的定义和分类及其稳定性18-19
• 2.1.2 极限环19-20
• 2.1.3 运动稳定性和结构稳定性20-21
• 2.2 分岔理论基本原理21-30
• 2.2.1 分岔的定义及分类21-22
• 2.2.2 动分岔的定义及分类22-28
• 2.2.3 动分岔分析的主要方法28-30
• 2.3 小结30-31
• 第三章 基于 WALVE 综合负荷模型的风电系统多参数动分岔分析31-47
• 3.1 风力发电系统的模型31-36
• 3.1.1 风电系统发电机模型31-34
• 3.1.2 综合负荷数学模型34-35
• 3.1.3 无功补偿系统数学模型35-36
• 3.2 系统随参数变化的霍普夫分岔判据36-39
• 3.2.1 单参数变化时的霍普夫分岔判据36-37
• 3.2.2 两参数变化时的霍普夫分岔判据37-39
• 3.3 算例仿真分析39-46
• 3.3.1 风电场注入有功对风电系统动分岔现象的影响40-41
• 3.3.2 风电系统动态无功负荷对风电系统动分岔现象的影响41-42
• 3.3.3 SVC 参数对风电系统动分岔现象的影响42-46
• 3.4 小结46-47
• 第四章 风电系统动分岔控制研究47-59
• 4.1 非线性动力系统分岔控制的主要方法47-51
• 4.1.1 线性和非线性反馈控制方法47-48
• 4.1.2 高通滤波器（washout-filter）方法48-50
• 4.1.3 频域分析和数值逼近方法50-51
• 4.1.4 规范型方法51
• 4.1.5 基于 Normal Form 理论和不变集的控制方法51
• 4.2 常规电力系统 Hopf 分岔控制51-55
• 4.3 风电系统 Hopf 分岔控制55-58
• 4.4 小结58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 参考文献61-65
• 发表论文和科研情况说明65-66
• 致谢66-67

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