风电并网系统静态电压稳定性研究

摘要

风电并网系统中的风电场远离负荷中心处于配电网内，属双侧随机系统，其随机性与不可预测性导致系统稳定性突出，特别是电压稳定问题突出，严重时将引发配电网解列等不可逆转后果。由此，研究风电并网系统静态电压稳定性具有重要的理论价值与实际意义。 本文在分析双馈风电并网系统电压特性的基础上，依据电网潮流计算和PV曲线潮流分析法，推导出基于潮流解存在的系统静态电压稳定判据和基于综合参数的电压-有功灵敏度的裕度指标，提出了风电并网系统静态电压稳定的充分必要条件；在此基础上，为有效抑制3的倍数次谐波分量，提出SVC以三角形连接方式接入并网系统。最后针对系统的电压点和补偿点不同造成的误差，对传统的SVC无功补偿策略进行改进，提出内环导纳负反馈控制。主要研究内容如下： （1）建立双馈风电机组系统的数学模型。针对双馈异步风力发电机组的运行机理以及特性进行研究，在Matlab/Simulink平台中建立6×1.5MW双馈风电系统的仿真模型，分析系统输出电压外特性，得出外部风速的波动性会导致风电场出口电压发生波动。为后续研究奠定基础； （2）研究并推导出风电并网系统静态电压稳定的充分必要条件。基于双馈风电并网系统静态数学模型，依据电网潮流计算，推导出基于潮流解存在的系统静态电压稳定判据L，并理论证明L≤1只能作为静态电压稳定性的必要条件；基于PV曲线潮流分析法，分析了基于综合参数的电压-有功灵敏度，推导出基于综合参数的电压-有功灵敏度的裕度指标Kp；以此为基础，研究提出系统静态电压稳定充分必要条件：Kp＞0&L≤1，实验验证了其正确性。 （3）依据静态电压稳定性的充分必要条件，分析其与并网点无功功率灵敏度关系；采用最典型的TCR+TSC型静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）对风电并网系统进行无功补偿。在此基础上，为有效抑制SVC产生的3的倍数次谐波分量，提出基于三角形接线方式TCR+TSC型SVC；为提高系统的抗扰动性及控制精度，实现系统电压的无静差控制，提出基于内环导纳负反馈的TCR+TSC型SVC控制策略；实验验证了所提出方法的有效性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外风电并网发展现状

1.3 风电并网静态电压稳定性研究现状

1.4 论文研究的主要内容及框架结构

第2章 双馈风力发电系统建模仿真及电压特性分析

2.1 风力发电系统的一般构成及分类

2.2 风速模型

2.3 风力机模型

2.4 传动系统模型

2.5 双馈感应发电机模型

2.6 风电并网系统的电压特性分析

2.7 本章小结

第3章 风电并网系统静态电压稳定条件研究

3.1 静态电压稳定状态指标

3.1.1 静态电压稳定状态指标L

3.1.2 电压—有功灵敏度

3.2 静态电压稳定裕度指标Kp

3.3 静态电压稳定充分必要条件的研究

3.4 仿真实验及分析

3.5 本章小结

第4章 基于无功补偿的风电并网系统静态电压稳定性研究

4.1 SVC的工作原理及数学模型

4.2.1 TCR+TSC型SVC产生谐波机理研究

4.2.2 基于三角形接线方式TCR+TSC型SVC

4.3 基于内环导纳负反馈的TCR+TSC型SVC控制策略

4.3.1 传统单闭环电压负反馈TCR+TSC型SVC控制策略

4.3.2 基于内环导纳负反馈的TCR+TSC型SVC控制策略

4.3.3 基于内环导纳负反馈的TCR+TSC型SVC仿真实验

4.4 仿真结果对比与分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间的学术成果

致谢