含虚拟惯量控制的双馈风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响分析

摘要

随着“电网友好型”风电场的提出，各国风电并网导则要求双馈风电机组(doubly-fed induction generator, DFIG)能够对系统频率变化做出响应。但通过引入虚拟惯量控制来提高风电机组的并网性能，势必会给电网的稳定性带来新的变化。因此，迫切需要研究含虚拟惯量控制的双馈风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响。本文的主要内容和成果有:
　　针对含虚拟惯量控制的双馈风电机组，建立考虑锁相环(phase-lockedloop，PLL)与虚拟惯量控制的并网互联系统小干扰模型。在此基础上，采用解析的方法从机理上揭示了锁相环与虚拟惯量控制共同作用下系统的小干扰稳定性，即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组，锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环PI参数越小，虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小，机电振荡模态阻尼比越大。这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。IEEE四机两区系统验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。
　　针对含虚拟惯量控制的双馈风电机组详细模型阶数过高不便分析的难题，本文提出适用于小干扰稳定性分析的降阶模型。首先，计算双馈风电机组各状态变量的衰减时间常数，并根据各状态变量的衰减快慢关系，从时间尺度探究双馈风电机组各组成部分的动态特性。在此基础上，计及机组机电耦合特性，提出保留虚拟惯量控制和锁相环动态的3阶简化模型。最后，构建出降阶模型接入多机互联系统的动态模型。IEEE四机两区系统仿真结果表明:该模型与详细模型相比，能够较为准确地反映系统在小干扰作用下的动态特性，极大地降低了计算量。
　　针对风功率波动引起的激励随机性和风速不确定性引起的虚拟惯量等参数的随机性，本文提出一种考虑维纳噪声的参数随机系统稳定性分析方法。首先，在上述降阶模型的基础上，利用灵敏度分析方法推导随机参数与状态矩阵元素的解析函数关系，构造具有维纳噪声的参数随机系统互联模型。然后，通过建立考虑随机因素的Lyapunov泛函，推导出随机系统鲁棒稳定性判据。IEEE四机两区系统和新英格兰10机39节点系统仿真结果表明:该方法能够有效判别参数随机和外部激励随机共同影响下系统的小干扰稳定性，且适用于复杂多机系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 风力发电的发展现状

1．3 国内外研究现状

1．3．1 “电网友好型”风电技术

1．3．2 风电机组建模

1．3．3 风电接入对系统小干扰稳定性的影响

1．4 本文主要工作

第2章 含DFIG的确定性互联系统建模及小干扰稳定性分析

2．1 引言

2．2 动力学模型

2．2．1 双馈风电机组模型

2．2．2 锁相环模型

2．2．3 虚拟惯量控制模型

2．2．4 互联电力系统建模

2．3 锁相环与虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响分析

2．4 算例分析

2．4．1 测试系统

2．4．2 锁相环与虚拟惯量对系统阻尼特性的影响

2．4．3 锁相环对系统小干扰稳定性的影响原理验证

2．5 小结

第3章 含虚拟惯量控制的双馈风电机组模型降阶

3．1 引言

3．2 双馈风电机组时间常数

3．2．1 分析方法

3．2．2 时间常数分析

3．3 模型降阶

3．4 互联电力系统简化模型

3．5 算例分析

3．5．1 特征根分析

3．5．2 时域仿真

3．6 小结

第4章 含风电的互联系统随机小干扰稳定性分析

4．1 引言

4．2 考虑维纳噪声的参数随机互联电力系统模型

4．2．1 随机参数矩阵

4．2．2 随机激励矩阵

4．3 考虑维纳噪声的参数随机互联电力系统稳定性分析方法

4．4 算例分析

4．4．1 四机两区系统

4．4．2 新英格兰10机39节点系统

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢