风电接入对系统暂态稳定的影响及低压穿越能力研究

【摘要】：随着风电的迅速发展,无论是风电场的数量还是风电机组的单机容量都得到了迅猛增长。大规模风电场的集中并网对电力系统的稳定性造成了不可忽视的影响,对含风电场的电力系统稳定性分析的研究逐渐成为热点。为了使系统能够维持稳定运行,各国相继出台了风力发电的运行规范,并要求风电机组必须具有一定的低电压穿越能力,对提高风电机组的低电压穿越能力的研究也逐渐被人们关注。 本文以内蒙电网调度通信中心数据为依托,研究了用于机电暂态仿真的风力发电系统的模型,对含大规模风电的电力系统进行了潮流计算和暂态稳定性仿真分析。运用“FASTEST电力系统仿真分析软件”,分析了大规模风电并网对系统暂态功角稳定性和暂态电压稳定性造成的影响。结果表明大规模的风电接入会降低系统的稳定性,系统故障时部分风电机组电压持续降低,将会导致系统电压无法正常恢复而崩溃。在电压跌落过程中,考虑低压保护的作用下将电压持续跌落的风电机组切出电网,由于大容量风电机组被切除而导致系统损失大量有功源,系统仍然会失稳。在接入无功补偿设备SVC后,系统在故障时SVC能够给系统提供一定的无功支撑,帮助系统快速恢复,因而提高了系统的暂态稳定性。 在研究了国内外风电机组的控制策略和低电压穿越标准研究现状后,对双馈式风电机组的动态数学模型作了详细研究,并基于该数学模型研究了风电机组的矢量控制策略,通过时域仿真分析,表明采用矢量控制能够提高系统的暂态稳定性,可是基于低电压穿越标准,简单的矢量控制对提高风电机组的低电压穿越能力相对不足。 为了提高风电机组的低电压穿越能力,本文提出了改进的控制策略。改进型的弱磁控制策略是在原有的矢量控制基础上,在电流控制环节添加补偿环节得到的,结合李雅普诺夫稳定性定理以及暂态时域仿真分析,在理论和仿真两方面验证该改进的控制策略与原控制策略相比,提高了风电机组的低电压穿越能力,从而改善了系统的暂态稳定性。 【关键词】：风力发电 暂态稳定性 双馈风电机组 矢量控制 低电压穿越
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.1.1 论文研究背景10-11
• 1.1.2 论文研究的意义11-12
• 1.2 国内外的研究现状12-17
• 1.2.1 风电并网稳定性的研究现状12-14
• 1.2.2 国内外低电压穿越能力标准14-15
• 1.2.3 风电场低电压穿越能力的研究现状15-17
• 1.3 仿真软件FASTEST简介17
• 1.4 论文的主要研究内容17-20
• 2 风力发电系统模型20-30
• 2.1 风速模型20-21
• 2.2 风功率模型21-23
• 2.3 传动系统模型23-24
• 2.4 同步发电机模型24-25
• 2.5 异步发电机组模型25
• 2.6 双馈风力发电机模型25-28
• 2.7 桨距角控制系统模型28
• 2.8 静止无功补偿器(SVC)模型28-29
• 2.9 小结29-30
• 3 风电大规模并网对系统暂态稳定性的影响30-44
• 3.1 含风电场的电力系统潮流计算30-32
• 3.1.1 牛顿-拉夫逊法30-31
• 3.1.2 P-Q分解法31
• 3.1.3 潮流计算31-32
• 3.2 风电接入对系统的暂态稳定性影响32-40
• 3.2.1 对系统内同步发电机组稳定性的影响32-36
• 3.2.2 风电接入对系统电压稳定的影响36-40
• 3.3 利用无功补偿设备SVC提高系统暂态稳定性40-41
• 3.4 小结41-44
• 4 双馈发电机的矢量控制技术研究44-58
• 4.1 空间矢量变换44-45
• 4.2 基于电压定向的矢量控制45-49
• 4.3 基于矢量控制的双馈风机稳定性分析49-53
• 4.3.1 故障时定子磁链变化49-50
• 4.3.2 故障后定转子磁链的变化50-51
• 4.3.3 李雅普诺夫稳定性判定准则51-52
• 4.3.4 矢量坐标系下的双馈风电机组故障下稳定性分析52-53
• 4.4 仿真分析53-56
• 4.5 小结56-58
• 5 基于改进弱磁矢量控制的低电压穿越控制58-64
• 5.1 基于矢量控制的弱磁控制策略58-60
• 5.2 控制系统模型搭建与仿真60-62
• 5.3 小结62-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-74
• 附录74

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