基于多时间尺度模型的大型风电场直流并网运行特性研究

摘要

当今的电力系统开始面临数千兆瓦风电的接入，因此研究含有大量风电系统的运行和控制问题已变得非常重要。现代风力发电技术的发展趋势是采用变速风力发电机和采用基于电压源型换流器的直流输电并网技术。本文对风电场等值建模技术和直流输电并网系统运行特性进行了研究。主要研究了风电场建模和直流输电系统建模，在此基础上研究系统的运行特性，取得以下研究成果：
　　 1、风电系统仿真的空气动力学模型对仿真问题的研究有一定的影响。基于平均风速加扰动分量的风速模型适用于研究单台风力发电系统的特性，基于功率谱密度的统计信号风速模型，适用于风电场运行特性的研究。
　　 2、多刚体轴系的等值对风电场问题的研究有一定的影响。仿真研究表明在分析含有风电场的电力系统暂态稳定性，采用单刚体模型，因为，风力发电系统的轴系统没有传统同步发动机的强硬度，采用双刚体模型进行分析会带来显著的误差。
　　 3、建立了双馈风力发电机的多尺度等值降阶建模并验证了模型的合理，系统具有较好的稳定性。采用多尺度降阶模型与详细模型具有较好的拟合性，而转子转速有一定的误差，但是在工程上是可以接受的。因此，将双馈风力发电机的变量分成快慢变量以及常规子系统是符合系统的变化响应要求的，可以用简化模型代替详细模型。
　　 4、建立了背靠背HVDC Light系统的多尺度模型，提出了非线性控制策略。仿真表明多尺度降阶模型的仿真响应与详细模型的仿真响应具有较好的一致性，因此，采用多尺度降阶模型对风电场进行仿真研究是可行的方法。
　　 5、对于大型风电场的动态电力系统分析，给出了采用一台等值发电机模型集中表示的风电场模型，在该模型中仅考虑电气系统的集中表示。仅仅在研究短期稳定性考虑机械侧的轴系统、风力机和浆矩控制器的等值。仿真研究表明在风电场等值模型中仅考虑电气系统的集中表示，对于电力系统和风电场之间相互影响的动态仿真研究是比较合适的方法，仿真精度是满足要求的，并且大大减少了仿真计算时间。