双馈风电机组频率控制建模及其应用研究

【摘要】：风力发电作为目前技术最成熟,经济效益最好的可再生能源开发利用方式,已经被越来越多的国家列为能源发展的首要战略。目前,由于双馈风电机组具有有功和无功功率解耦的特性,能在一定程度上改善风电场的功率因数和电压稳定性,因此被广泛应用于大型风电场中。但也正是由于其具有这一特性,当系统出现频率变化时,频率变化时风力机转子不能跟随其自动做出快速响应,故其对系统频率的支撑作用微乎其微。随着双馈风电机组的装机容量在电网中所占比例的逐渐提高,其必然会给系统的频率控制带来潜在的影响。因此,有必要研究双馈风电机组的频率控制策略,进而提高含大型风电场系统的频率控制能力。 本文的主要研究内容及成果为： (1)研究了双馈变速风电机组的数学模型,其中包括空气动力学模型、风电机组机械转动装置模型、桨距角控制系统模型和双馈感应发电机模型。并详细给出了从普通感应发电机模型到双馈感应发电机动态(静态)模型的推导过程,对坐标变换原理的基本思想进行了重点阐述。 (2)研究了双馈感应风电机组的频率特性,证明了双馈感应风电机组参与系统频率控制的可能性,在双馈感应风电机组的转子侧变频器控制模型中附加了一个频率控制模块,实现其频率控制功能。并通过IEEE9节点系统标准算例对所提出的控制策略进行了验证,表明附加频率控制模块的变频器模型的有效性。 (3)对某省级实际地区电网的频率稳定性进行了分析,分别对风电场运行对电网AGC运行的影响、风电机组频率保护定值对系统频率稳定性影响进行了分析,并利用所提出频率控制模块对这个省级电网频率稳定性进行了仿真,结果表明该策略可以提高风电大规模接入的省级电网频率稳定性。 【关键词】：双馈感应电机 数学模型 频率控制 频率稳定性
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 风力发电技术国内外发展现状9-10
• 1.2 风电场并网后的暂态稳定性研究10-14
• 1.2.1 风力发电机组简介10-12
• 1.2.2 风电机组控制技术的研究12
• 1.2.3 频率控制策略研究12-14
• 1.3 论文研究的意义和主要工作14-15
• 第2章 基于双馈感应电机的风电机组数学模型15-33
• 2.1 双馈风电机组的模型简介15-16
• 2.2 空气动力学模型16-18
• 2.3 风电机组机械转动装置模型18-19
• 2.4 桨距角控制系统模型19-20
• 2.5 双馈感应发电机模型20-26
• 2.5.1 坐标变换20-22
• 2.5.2 双馈感应发电机动态模型22-25
• 2.5.3 双馈感应发电机静态模型25-26
• 2.6 双馈感应电机变频器控制26-32
• 2.6.1 转子侧变频器控制原理26-28
• 2.6.2 转子侧变频器控制器28-29
• 2.6.3 电网侧变频器控制原理29-31
• 2.6.4 电网侧变频器控制器31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 双馈风电机组频率特性及频率控制33-45
• 3.1 电力系统频率调整33-36
• 3.1.1 系统的一次调频33-34
• 3.1.2 系统的二次调频34-35
• 3.1.3 系统的三次调频35-36
• 3.2 电力系统的频率特性36-38
• 3.2.1 电力系统频率的静态特性36-38
• 3.2.2 电力系统频率的动态特性38
• 3.3 双馈感应电机的频率特性38-39
• 3.4 双馈感应电机附加频率控制环节39-41
• 3.4.1 频率控制环节的原理39-40
• 3.4.2 附加频率控制环节模型40-41
• 3.5 电力系统仿真软件-DIGSILENT/POWERFACTORY41
• 3.6 IEEE-9节点系统仿真算例41-44
• 3.6.1 IEEE-9节点系统简介41-42
• 3.6.2 仿真分析42-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第4章 省级电网的频率稳定性分析45-56
• 4.1 大规模风电场接入条件下算例电网频率波动因素分析45-46
• 4.2 省级实际电网介绍46-47
• 4.3 算例电网频率稳定性问题研究47-54
• 4.3.1 算例电网风电功率变化率与AGC调节能力研究47-50
• 4.3.2 系统常规水(火)电机组故障时算例电网频率稳定性仿真分析50-52
• 4.3.3 风电机组保护定值设定对其频率调节能力的影响52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 5.1 主要内容总结56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果62-63
• 致谢63

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