风电并网对系统小干扰稳定性影响的研究

【摘要】：随着煤炭能源的日.益枯竭和自然环境的不断变化,可再生能源作为绿色无污染能源得到越来越多的重视。其中,发展最迅速技术最成熟的风力发电已经遍布世界各地,但是,随着并网风电规模的不断扩大,风能带给电网的稳定性问题日益受到重视。本文针对风电并网对系统小干扰稳定性的问题进行了深入的研究,主要内容如下： (1)首先研究了风力发电机机械系统的数学模型,包括风力机的空气动力学模型、轴系的单质量块和两质量块模型、桨距角控制模型以及最大功率追踪模型；在dq旋转坐标系下建立了双馈异步风电机和永磁直驱风电机的动态方程,并建立了风力发电系统的变频器模型及其控制系统的数学模型。 (2)其次对简单双馈感应异步风力发电系统和简单永磁直驱同步风力发电系统进行了研究,推导出了两种类型的简单系统的线性化小信号模型,采用特征值的方法对其小干扰稳定性进行分析,并通过计算参与因子的方法研究单机无穷大风电系统产生低频振荡的机理。通过仿真计算表明,两种类型的简单风电系统都存在振荡模式和衰减模式,但是振荡模式都具有较高的阻尼比,系统都是小干扰稳定的。而且影响系统振荡模态的状态变量主要是风力发电机的机械系统和变频器的控制系统参数。 (3)最后对由双馈异步风电机组和永磁直驱同步风电机组组成的风电场接入宁夏电网对系统的小干扰稳定性进行了研究,研究在风电场不同出力的情况下,为了维持原系统的功率平衡,系统采用不改变开停机计划和不改变系统的旋转备用两种方法接纳风电。通过对系统特征值和阻尼特性的分析表明,不管是双馈型风电场还是永磁直驱型风电场,随着风电场出力的增加系统的阻尼特性会随之变弱,风电场的接入有恶化系统阻尼特性的影响。 【关键词】：双馈风力发电机 永磁直驱风力发电机 风电场 小干扰稳定性 振荡模式
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 选题背景与意义9-10
• 1.2 风电发展现状10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 风力发电机组技术发展11
• 1.3.2 风电场对电力系统小干扰稳定问题研究11-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-15
• 第2章 小干扰稳定特征值分析方法15-21
• 2.1 电力系统小干扰稳定分析概述15-17
• 2.2 状态方程的状态矩阵及其特征行为17-19
• 2.3 电力系统低频振荡的特征19-20
• 2.4 本章总结20-21
• 第3章 简单风电系统小干扰稳定性研究21-48
• 3.1 风力发电机组的分类21-23
• 3.2 风力发电机组的机械系统模型23-30
• 3.2.1 空气动力学模型23-24
• 3.2.2 风力机的轴系模型24-26
• 3.2.3 风力机的桨距角控制系统模型26-27
• 3.2.4 最大功率追踪及转速控制27-28
• 3.2.5 参考坐标系变换28-30
• 3.3 简单双馈风力发电系统的小干扰稳定性30-40
• 3.3.1 双馈异步发电机的动态模型30-33
• 3.3.2 变频器模型33-34
• 3.3.3 变频器控制系统的模型34-36
• 3.3.4 单机无穷大系统分析36-40
• 3.4 简单永磁直驱风力发电系统的小干扰稳定性40-47
• 3.4.1 永磁同步发电机模型40-42
• 3.4.2 变频器的数学模型42
• 3.4.3 变频器控制系统的数学模型42-44
• 3.4.4 单机无穷大系统分析44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 风电场并网对系统小干扰稳定性的影响48-59
• 4.1 风电场以及电网模型48-50
• 4.1.1 风电场的等效模型48-49
• 4.1.2 电力系统模型49-50
• 4.2 风电场对系统小干扰稳定性的影响50-57
• 4.2.1 双馈机组型风电场接入系统51-54
• 4.2.2 永磁直驱机组型风电场接入系统54-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 本文总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-65
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作65-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

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