含双馈风电场电力系统的低频振荡特性及其抑制策略研究

摘要

随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风电机组出力的波动性和随机性以及长距离输电将增加低频振荡事故发生的可能性。低频振荡将可能造成电力系统的不稳定以及大容量风电场的风电机组不安全运行。因此，本文以并网双馈风电场为研究对象，研究含风电场电力系统低频振荡特性及其抑制策略，对确保大容量风电场及其并网系统安全稳定运行有着重要的现实意义。
　　本文的研究内容主要包括以下几部分：
　　①在总结电力系统低频振荡的产生形式，发生机理、分析方法以及主要的抑制措施的基础上，结合风力机传动链、变桨控制和双馈发电机动态模型及其控制策略，建立了含双馈风电场的电力系统小信号稳定性分析的详细模型。采用模态分析方法，分析了IEEE两区域四机的双馈风电系统低频振荡模态，并通过时域仿真方法进行了验证。在此基础上，针对风电接入带来传输线功率不变和改变两种情况，研究了风电场不同运行工况、接入容量以及参与无功调度对系统区域间、局部振荡模态以及风电机组轴系振荡模态的影响。
　　②从抑制电力系统区域间低频振荡以及同时减少风电机组传动链轴系扭振角度，分析了双馈风电机组有功功率环附加阻尼控制策略，并以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例，对其控制效果进行仿真分析。在此基础上，提出了双馈风电机组无功功率环附加阻尼控制策略，并对有功/无功功率环附加阻尼控制下的系统动态性能进行仿真比较。
　　③针对风电系统强非线性、运行工况复杂的特征，提出基于暂态能量函数法的双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先，以区域间暂态振荡能量下降为目标，从理论上分析通过控制风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次，以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据，对基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制进行设计。最后，对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真验证，并与常规电力系统稳定器(Power System Stabiliser，PSS)附加阻尼控制的运行效果进行比较。
　　上述研究成果对风电并网后电力系统低频振荡现象的分析和电力系统稳定运行具有重要的参考价值，将为抑制含风电场的电力系统低频振荡策略研究奠定理论基础和决策支持。

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英文摘要

目录

1绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 本课题国内外现状分析

1.3 本文研究内容

2 电力系统低频振荡概述

2.1引言

2.2低频振荡形式和产生机理

2.3低频振荡特性的研究方法

2.4低频振荡抑制措施

2.5 小结

3含双馈风电场的电力系统低频振荡模态分析

3.1引言

3.2双馈风电系统的动态建模

3.3含双馈风电场的系统小信号稳定性分析

3.4含双馈风电场的电力系统低频振荡特性分析

3.5小结

4双馈风电场PSS附加阻尼控制策略

4.1引言

4.2双馈变流器有功功率环附加阻尼控制

4.3双馈变流器无功功率环附加阻尼控制

4.4小结

5基于暂态能量函数方法的双馈风电场模糊附加阻尼控制

5.1引言

5.2风电场阻尼控制的暂态能量机理分析

5.3双馈风电场模糊附加阻尼控制

5.4仿真验证

5.5小结

6 结论和展望

致谢

参考文献

附录