风电并网对电力系统暂态稳定的影响

【摘要】：大规模风电并网必将在未来能源格局中占有重要的地位，当前风力发电已经在为世界电力供应做出越来越重要的贡献。但是，由于风电机组相比同步发电机结构与控制的复杂性，人们目前对含风电电力系统故障后暂态过程的认识还不是很清楚，这对于保证甚至改善含风电电力系统的暂态稳定性提出了挑战，不能够明确越来越多的风电接入系统会对系统的暂态稳定性造成怎样的影响，本文的主要工作就是探讨风电渗透率以及其他系统运行条件对含大规模风电电力系统暂态稳定性的影响。 首先在明确双馈风力发电机组（DFIG）的结构以及各部分的模型与控制方法的前提下，在DIgSILENT PowerFactory中搭建了DFIG的模型，该模型含有Crowbar电路，具备低电压穿越能力。 其次，将单台DFIG与某等值外部系统相连，分析了风机并网点发生故障时风机的动态行为，并与相同外部条件下同步发电机的动态行为进行了比较；详细分析了系统故障条件下风机电气与机械系统的参量变化；分析了不同故障类型对风机动态行为的影响。研究表明，○1对于暂态过程中的并网母线电压、有功功率、无功功率，DFIG对系统造成的扰动要小于同步发电机，而在故障后对电网的无功补偿、电压支撑方面，DFIG不如同步发电机；○2对于绝大多数的机械与电气指标，如机械转矩，发电机转速，桨距角，故障发生时的转子电流与发出的无功功率，故障切除时吸收的无功功率，故障过程中的并网母线电压、电磁转矩、有功输出，三相短路对DFIG造成的扰动最大，其次依次为：两相短路接地、两相相间短路、单相短路接地；○3对于故障切除时刻DFIG的有功输出与电磁转矩，两相相间短路对DFIG造成的扰动最大；对于故障切除时DFIG转子电流的变化趋势，三相短路时增加，而其他短路类型时则是减小。 最后，用单台DFIG的模型等值一个由30台DFIG构成的风场，并将该风场接入三机九节点系统中，探讨了风电渗透率、风场功率因数、并网条件以及DFIG电气结构参数对系统暂态稳定性的影响。研究结果表明，○1系统发生特定故障时，减少失稳同步发电机的有功功率输出，相比减少不失稳同步发电机的有功功率输出，系统的暂态稳定性更好，并且减少的越多，系统的暂态稳定性越好；○2减小特定故障下失稳同步发电机的额定容量，系统的暂态稳定性会变差，但若与此同时减少其有功功率输出，则系统的暂态稳定性不会变差，减小特定故障下不失稳同步发电机的额定容量，不会恶化系统的暂态稳定性。 【关键词】：风电并网 暂态稳定 DFIG 风电渗透率
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目 录8-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-16
• 1.2 研究对象与意义16-17
• 1.3 研究现状17-22
• 1.4 论文的主要工作与章节安排22-24
• 2 双馈风电机组建模与控制24-42
• 2.1 电力系统仿真软件 DIgSILENT PowerFactory24-25
• 2.2 DFIG 简介25-27
• 2.3 DFIG 的数学模型27-36
• 2.4 DFIG 控制36-42
• 3 电网暂态过程对风机的影响42-64
• 3.1 系统故障期间 DFIG 与同步发电机动态行为对比42-47
• 3.2 系统故障对 DFIG 的影响47-53
• 3.3 不同故障类型对暂态过程 DFIG 动态行为的影响53-64
• 4 大规模风电并网对电力系统暂态稳定的影响64-113
• 4.1 风电渗透率对系统暂态稳定的影响64-90
• 4.2 风场功率因数对系统暂态稳定的影响90-100
• 4.3 风场并网条件对系统暂态稳定的影响100-108
• 4.4 DFIG 电气结构参数对电网暂态稳定的影响108-113
• 5 总结与展望113-116
• 5.1 工作总结113-115
• 5.2 工作展望115-116
• 参考文献116-122
• 附录122

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