直驱永磁同步风机的小干扰稳定性研究

摘要

近年来，随着更多政策支持发展可再生能源，风力发电容量增长迅速，大型风电并网面临巨大挑战。至今为止，很多研究都是针对双馈感应风力发电机(DFIG)并入电网的稳定性分析，而很少对直驱永磁同步风力发电机(DDPMSG)进行研究。然而，直驱永磁同步风机在很多方面具有明显优势，将是未来的趋势。此外，与暂态稳定和低电压穿越(LVRT)的研究相比，对直驱永磁同步风机并入电力系统的小干扰稳定性研究更是不足。因此，本文旨于对直驱永磁同步机并入系统对电力系统的小干扰稳定性影响进行研究分析。
　　首先简要介绍了本文的研究背景和意义、直驱永磁同步风机的结构原理、控制策略、发展现状和前景，以及关于风电接入电力系统的功角稳定研究概述。然后给出了直驱永磁同步风机各个组成部分的数学模型，进而得出了完整的13阶线性化模型。在其基础上，进行部分简化，得到直驱永磁同步发电机的简化模型及5阶线性化模型。
　　基于将直驱永磁同步风机处理为系统反馈的思路，推导了直驱永磁同步风机的反馈控制器传递函数。介绍了含PMSG的电力系统小干扰稳定分析直接算法，并提出了含PMSG的电力系统小干扰稳定分析间接算法的原理和过程。
　　最后，本文基于新英格兰电力系统对含PMSG的电力系统小干扰稳定性间接算法的可行性进行验证分析。并对直驱永磁同步风机的参数、直驱永磁同步风机的接入位置和接入方式对系统小干扰稳定型的影响进行了分析。
　　本文所研究内容对于含直驱永磁同步风机的电力系统小干扰稳定简化计算具有实际意义，对于研究PMSG的不同参数、接入位置及接入方式对系统小干扰稳定的影响具有一定参考价值。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 直驱永磁同步风机

1．2．1 直驱永磁同步风机结构原理

1．2．2 直驱永磁同步风机控制策略

1．2．3 直驱永磁同步风机发展现状与前景

1．3 风电机组并网的功角稳定性

1．3．1 风电并网的小干扰稳定性

1．3．2 风电并网的暂态稳定性

1．4 增强直驱永磁同步机功角稳定性

1．4．1 附加阻尼控制方法

1．4．2 附加阻尼控制器参数设计

1．5 主要研究内容和文章结构

第2章 直驱永磁同步风力发电机模型

2．1 直驱永磁同步发电机基本结构

2．2 直驱永磁同步发电机数学模型

2．3 中间电容器数学模型

2．4 机侧换流器控制系统数学模型

2．5 网侧换流器控制系统数学模型

2．6 直驱永磁同步风机的线性化模型

2．6．1 机侧线性化模型

2．6．2 网侧线性化模型

2．6．3 直驱永磁同步风机线性化模型整合

2．7 直驱永磁同步风机的简化数学模型

2．7．1 直驱永磁同步风机5阶简化数学模型

2．7．2 直驱永磁同步风机简化数学模型线性化

2．8 本章小结

第3章 并网直驱永磁同步风机与电力系统动态交互影响分析

3．1 直驱永磁同步风机的传递函数

3．1．1 网侧电流控制内环传递函数推导及简化

3．1．2 反馈控制器的传递函数

3．2 直驱永磁同步风机接入电力系统小干扰稳定分析直接算法

3．3 直驱永磁同步风机接入电力系统小干扰稳定分析间接算法

3．3．1 主要步骤

3．3．2 预测原理

3．4 本章小结

第4章 基于MATLAB对算例的仿真和分析

4．1 新英格兰电力系统算例介绍

4．2 直驱永磁风机稳定输出功率对电力系统小干扰稳定性的影响

4．2．1 直驱永磁风机单位功率因数输出

4．2．2 直驱永磁风机功率因数恒定为0．95输出

4．3 直驱永磁风机参数对电力系统小干扰稳定性的影响

4．3．1 改变无功控制外环参数

4．3．2 改变直流电压控制外环参数

4．4 直驱永磁风机接入位置对电力系统小干扰稳定性的影响

4．5 直驱永磁风机接入方式对电力系统小干扰稳定性的影响

4．5．1 直接接入直驱永磁同步风机

4．5．2 用直驱永磁同步风机替代原有同步机

4．5．3 逐渐改变直驱永磁同步风机和原有同步机功率分配

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间参与的科研项目

致谢