双馈风电并网系统暂态电压稳定性协调控制研究

【摘要】：风力发电技术的日渐成熟致使电网中风电渗透率越来越高,这必然会对电力系统的正常运行以及调度造成诸多负面影响。风能与其它形式的能源有所不同,它所特有的随机性、间歇性等特点,使风电并网引起的安全稳定性问题日渐成为风力发电领域的热点问题。双馈风力发电机组特有的结构使其对电网侧的波动和故障比较敏感,所以,对双馈风电并网系统暂态电压稳定性的控制策略研究具有重要的理论和现实意义。本文主要从暂态失稳机理、控制策略及无功补偿三方面对电网故障情况下的双馈风电并网系统进行了研究。首先,分析了影响双馈感应发电机暂态电压稳定性的三个因素:桨距角、转子过流保护、网侧变流器;研究了风速模型、同步发电机模型、桨距角控制模型和双馈风机动态模型;分析了电网故障对并网双馈风机定、转子电流及直流母线电压的影响。然后,对于并网双馈风机在电网故障时引起转子过电流的问题,研究了基于Crowbar的DFIG低电压穿越能力,通过仿真分析了Crowbar阻值的选取以及投切时间对控制能力的影响。接着对Crowbar投入引起系统无功任务加重的问题,研究了基于改进电压跌落检测算法与补偿控制方法的DVR对并网双馈风电机组的低电压穿越能力的贡献。鉴于两种策略的优劣性互补,本文提出了基于Crowbar和DVR的协调控制策略,该策略不仅能有效抑制转子侧过电流,还能及时补偿故障点的跌落电压,改善了双馈风电并网系统的暂态稳定性。最后,针对风电场集群,研究出一种风电场群分层协调控制策略:风电场汇集站计算出整个系统的无功需求,同时将无功任务分摊给各个风电场;风电场综合考虑并网点和各重要节点的电压稳定指标、DFIG、STATCOM和DVR的无功裕度建立了多目标的函数模型,通过萤火虫群优化算法将无功任务分配给DFIG、STATCOM和DVR。在MATLAB/Simulink环境下,进行仿真分析验证了所提控制策略在风功率波动和电网故障时的控制效果。 【关键词】：双馈异步发电机 风电场 暂态电压 协调控制 无功补偿
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要7-8
• Astract8-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 双馈风电机组暂态电压控制策略研究现状16-18
• 1.2.2 双馈风电场暂态电压控制策略研究现状18-19
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排19-21
• 第2章 双馈风电并网系统的暂态电压分析21-34
• 2.1 引言21-22
• 2.2 双馈风力发电系统模型22-25
• 2.2.1 风速模型22
• 2.2.2 同步发电机模型22-23
• 2.2.3 桨距角控制模型23
• 2.2.4 双馈风力发电机动态模型23-25
• 2.3 风电场模型25-29
• 2.3.1 风电场群概述25-26
• 2.3.2 风电场群无功电压特性26-27
• 2.3.3 风电场等值模型27-29
• 2.4 电网故障对系统暂态特性的影响29-33
• 2.4.1 电网故障对DFIG定、转子的影响29-32
• 2.4.2 电压跌落对直流母线电压的影响32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 基于DVR与Crowbar的风电并网系统暂态电压稳定性研究34-48
• 3.1 基于Crowbar电路的DFIG低电压穿越34-37
• 3.1.1 Crowbar阻值的整定原则分析35-37
• 3.1.2 Crowbar投切策略分析37
• 3.2 基于DVR的DFIG低电压穿越37-41
• 3.2.1 DVR的基本原理及运行控制37-38
• 3.2.2 电压幅值和相位检测方法的改进38-40
• 3.2.3 DVR补偿控制电路的改进40-41
• 3.3 Crowbar和DVR协调控制策略研究41
• 3.4 仿真分析41-47
• 3.4.1 基于Crowbar的并网双馈风机仿真分析41-43
• 3.4.2 基于DVR的并网双馈风机仿真分析43-45
• 3.4.3 协调控制仿真分析45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 双馈风电场群电压协调控制研究48-62
• 4.1 风电场群无功电压控制的基本思想48-49
• 4.2 风电场集群层控制策略49-50
• 4.3 风电场层控制策略50-55
• 4.3.1 建立目标函数50-52
• 4.3.2 约束条件52
• 4.3.3 优化算法52-55
• 4.4 仿真分析55-61
• 4.4.1 风电场协调控制仿真分析55-59
• 4.4.2 风电场群无功电压控制仿真分析59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论与展望62-64
• 1. 结论62-63
• 2. 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录69

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