用于数值仿真的风电场等值模型的研究

摘要

风电场并网对电网稳定性的影响已经越来越明显，风电场等值模型的研究对于分析风电场对电力系统可靠性的影响具有重要意义。本文以鼠笼异步风力发电机组和双馈风力发电机组为例，深入研究分析了风力发电机组的等值模型及其风电场的等值模型。
　　本研究主要内容包括：⑴根据鼠笼异步风力发电机组和双馈感应风力发电机组的数学模型，利用Matlab/Simulink中的S函数和基本模块分别建立了其仿真模型。利用该模型可以方便地搭建风电场的仿真模型，包括分别由鼠笼异步风力发电机组和双馈感应风力发电机组组成的风电场。该模型的输入变量为电压，输出变量为电流，易于机网方程的求解。⑵基于鼠笼异步风力发电机组和双馈感应风力发电机组的线性化数学模型，利用梯形法，建立了m-r轴的鼠笼异步风力发电机组和d-q轴的双馈感应风力发电机组的离散时域戴维南等值模型。该等值模型反映了风力发电机机端电压与电流的函数关系。以简单系统为例，在风速扰动及网络故障等不同系统运行条件下，验证了模型的有效性和正确性。模型的精度取决于风力发电机组数学模型线性化的方法以及数值计算的积分步长。仿真结果验证了等值模型的正确性和有效性，且具有较高的数值计算稳定性和精度。⑶基于鼠笼异步风力发电机组和双馈感应风力发电机组的离散时域戴维南和诺顿等值模型，提出了一种新的风电场等值模型的建立方法。详细地给出了在风速及风力发电机组参数相同和不同情况下，风电场的离散时域等值模型结构及其参数的确定方法。以简单系统为例，在风速扰动以及网络故障等不同系统运行条件下，验证了提出的风电场等值模型的有效性和正确性。风电场等值模型的精度取决于风力发电机组等值模型的精度。利用该模型可以方便地实现不同运行条件下的风电场的仿真分析，并且可以实现双馈感应风力发电机组控制环节对风电场暂态行为影响的仿真。所提出的风电场等值模型，具有较好的精度和数值计算的稳定性。利用风电场的等值模型，对含风电场的WSCC三机九节点系统进行了仿真分析，仿真结果与详细模型的结果一致，提出的风电场等值模型建立方法具有应用价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及目的意义

1.2 风电场等值的研究现状

1.3 风电场机电暂态仿真的研究现状

1.4 本文的主要研究工作

第2章 风力发电机组的数学模型与仿真模型

2.1 引言

2.2 鼠笼异步风力发电机组数学模型及仿真模型

2.3 双馈感应风力发电机组数学模型及仿真模型

2.4 风力发电机组Matlab/SIMULINK模型的仿真分析

2.5 本章小结

第3章 风力发电机组等值模型

3.1 引言

3.2 鼠笼异步风力发电机组等值模型

3.3 双馈感应风力发电机组等值模型

3.4 风力发电机组等值模型仿真分析

3.5 本章小结

第4章 风电场等值模型及仿真分析

4.1 引言

4.2 风电场等值模型

4.3 鼠笼风电场等值模型的仿真分析

4.4 双馈风电场等值模型的仿真分析

4.5 含风电场的三机九节点系统仿真分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录1 鼠笼异步风力发电机组参数

附录2 双馈感应风力发电机组参数

附录3 鼠笼风电机组状态方程

附录4 双馈风电机组状态方程

攻读硕士学位期间发表的论文

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