风电对系统功率振荡的影响及阻尼控制研究

摘要

随着新能源需求的不断增长以及风电技术的快速进步，风电在电力系统中的渗透率逐年上升，其对电网的影响也逐渐显现。由于风机自身的特性，其电网适应性能力不足，在系统发生扰动后，如果不能及时有效的控制，将引发大量风机脱网，导致停电事故。研究风电场接入系统后对系统功率振荡的影响，并提出具有针对性的控制措施具有重要意义。
　　本文在综述了国内外相关研究进展的基础上，综合运用特征值分析、非线性信号分析、控制器优化设计技术和电力系统仿真技术，研究了风电场出力波动引发的强迫功率振荡，并设计了抑制系统功率振荡的附加阻尼控制器，主要研究工作和取得的研究成果如下。
　　首先，介绍了四分量风速模型，并给出了计算需要的基本风、阵风、渐变风、随机风所对应的方程，用以较为全面地描述风速;给出了风电机组的空气动力学模型、轴系模型、双馈感应和永磁直驱发电机等效动态数学模型、变频器控制动态数学模型，并对常用的几种风电场的等值方法做出了说明，为系统稳定计算和阻尼分析与控制奠定数学基础。
　　然后，介绍了强迫功率振荡机理以及用于分析非线性信号的Prony算法。在四机二区域系统基础上，增加双馈风机后进行仿真，设置不同频率、不同风速的阵风，分析了阵风波动频率和风速对风电场引发的强迫功率振荡的影响。在威海电网中，针对不同的复合风，对比分析系统联络线上的有功功率波动情况。印证了风电场出力波动可导致系统强迫功率振荡，得出了在实际电力系统中风电场的风速变化引发系统强迫功率振荡的条件。
　　最后，在SVG基本结构与工作原理及其交、直流电压控制动态数学模型的基础上，建立了附加阻尼控制模型。以提升系统阻尼、抑制功率振荡为目标，采用几何测度法选择控制信号并通过改进的PSO算法对参数进行优化。在四机二区域系统中，对风电场不同风速和波动频率的阵风初步验证了阻尼控制的效果;在威海电网中对照在无附加阻尼控制、添加未进行参数整定的阻尼控制和添加参数整定后的阻尼控制三种情况下，系统阻尼比以及联络线上有功功率波动的变化情况，验证了SVG附加阻尼控制以及参数整定的有效性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 风电机组的动态数学模型

1．2．2 风电并网后系统阻尼变化情况

1．2．3 风电场附加阻尼控制

1．3 本文主要工作

第2章 风电场建模

2．1 风速模型

2．2 风电机组机械动力系统动态数学模型

2．2．1 空气动力学模型

2．2．2 轴系模型

2．3 双馈感应风机动态数学模型

2．3．1 感应发电机等效动态数学模型

2．3．2 变频器控制动态数学模型

2．4 永磁直驱风机动态数学模型

2．4．1 同步发电机等效动态数学模型

2．4．2 变频器控制动态数学模型

2．5 风电场等值方法

2．5．1 容量加权单机等值法

2．5．2 改进加权单机等值法

2．5．3 变尺度降阶多机等值法

2．6 小结

第3章 风电场功率波动引发的强迫功率振荡

3．1 风电引发的强迫功率振荡机理及其分析方法

3．2 风电场接入简单系统引发的强迫功率振荡

3．3 威海电网仿真分析

3．3．1 威海电网简介

3．3．2 风电场出力波动引发的强迫功率振荡

3．4 小结

第4章 包含风电场的电力系统阻尼控制

4．1 SVG工作原理

4．2 SVG及其阻尼控制模型

4．3 附加阻尼控制参数优化

4．3．1 几何测度法

4．3．2 改进的PSO算法

4．4 简单系统的阻尼控制效果

4．5 威海电网附加阻尼控制仿真

4．6 小结

第5章 结论及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文