含大规模风电接入的互联电网低频振荡阻尼控制策略研究

摘要

随着全球能源互联网的建设，世界范围内的电网互联规模越来越大，大规模风电场接入电网，其波动性、间歇性和随机性不仅增加电力系统调峰压力，而且影响电力系统的安全稳定运行，尤其传输线路的大容量和弱联网直接的冲突可能会引发低频振荡现象。本文将基于双馈感应发电机(DFIG)研究风电大规模接入对电力系统低频振荡的影响，并设计有效的广域阻尼控制策略。
　　本文首先阐述了双馈风力发电机组的系统结构和工作原理，建立了双馈风力发电机的数学模型；归纳和分析了互联电网低频振荡的线性机理和非线性机理、基于模态和测量数据的主要分析方法及低频振荡抑制措施；从理论上推导了风电场加入对不同区域的两机互联电力系统的阻尼性能的影响。
　　然后，设计了含有大规模风电场的不同区域互联电网的系统结构，对 DFIG风电场所采用的转子侧附加阻尼控制器的变换器控制策略进行研究；针对风电场加入互联电网后，将测试信号法和预测误差最小化进行有机结合，基于相位补偿和根轨迹法提出一种广域阻尼控制策略，完成互联电网的振荡监测、系统模态辨识和阻尼控制器的设计，有效监测并抑制低频振荡；并在互联系统中用特征值分析和时域仿真进行案例研究，验证了该策略的有效性和正确性。
　　最后，搭建了含大规模双馈风电场的互联电网 Matlab/simulink仿真模型，在广域阻尼控制策略运用的过程中从三方面研究和分析了互联系统的广域阻尼性能，包括反馈信号的选取、控制器所加的位置和测试信号法中激励源信号的选择；另一方面，研究和分析了双馈风电场的风速、风电出力、风电并网输电距离等因素的变化对系统低频振荡特性的影响。经研究发现双馈风电场的接入会改变原有互联系统的本征结构，影响系统的振荡模态，使区域互联系统的阻尼特性变得更加复杂多变。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究及发展现状分析

1.3 本文研究内容

第2章 双馈风力发电机组的数学建模

2.1 风力机数学模型

2.2 DFIG电机模型

2.3 转子侧变换器数学模型

2.4 电网侧变换器数学模型

2.5 本章小结

第3章 含有风电场的互联电网的低频振荡机理及影响分析

3.1 低频振荡的产生机理

3.2 低频振荡的分析方法

3.3 低频振荡的抑制手段

3.4 风电场接入两机互联电网的低频振荡影响分析

3.5 本章小结

第4章 含有风电场的互联电网结构与控制策略设计

4.1 含有风电场的互联系统结构设计

4.2 风电场加入互联电网的振荡监测与模态辨识

4.3 阻尼控制器设计

4.4 广域阻尼控制策略

4.5 仿真案例分析

4.6 本章小结

第5章 含有风电场的互联电网低频振荡仿真分析

5.1 含有风电场的互联系统广域阻尼性能分析

5.2 风电场对互联电网阻尼特性的影响分析

5.3 本章小结

结论

1. 全文工作总结

2. 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间主要学术成果