可控惯性发电系统的动态频率特性分析与综合控制研究

摘要

变速风电机组的虚拟惯性控制，有效避免了削弱系统惯性，威胁频率稳定的不利影响。但与常规发电机组的固有惯性不同，变速风电机组的虚拟惯量大小灵活可调。因此，在高风电渗透率的区域电网中，虚拟惯量将成为维持系统动态稳定的可调节参数。本文主要研究可控惯性发电系统对系统暂态功角稳定和功率振荡的影响，主要研究成果如下：
　　（1）建立了双馈感应风电机组的数学模型，深入分析了其工作原理和惯性控制策略。在此基础上，使用DIgSILENT/PowerFactory软件搭建了含有虚拟惯性控制的双馈感应风电机组的系统模型，为论文后续工作的开展奠定了基础。
　　（2）借助扩展等面积定则，分析双馈风电机组虚拟惯性对区域互联系统暂态功角稳定的影响机理。分析结果表明虚拟惯性在减小前向机组功角加速度时，系统暂态稳定性提高。
　　（3）推导两区域互联系统的线性化状态方程，分析系统惯性作为控制参数对阻尼特性的影响机理。在此基础上分析可控惯量增强系统阻尼的原理，设计出风电机组的惯性综合控制策略。该控制策略通过动态改变虚拟惯量大小，实现完成惯性支撑和阻尼控制两个控制目标。
　　（4）建立了包含双馈风电场的两区域互联系统，对所提出的惯性综合控制策略进行仿真验证。仿真结果表明所提控制策略能够实现对电网的惯性支持作用，防止频率越限。在频率恢复阶段加快频率恢复，避免频率发生二次坍塌。此外，该综合惯性控制策略还可有效提高系统阻尼，实现快速抑制区域间功率振荡的目的，使惯性控制具备更加完备的支持能力，进一步增强了可控惯量发电系统的动态稳定性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要内容

第2章 双馈风电机组模型及其控制系统

2.1 风电机组类型及其特点

2.2 双馈风电机组的模型与控制系统

2.3 双馈风电机组的虚拟惯性控制

2.4 本章小结

第3章 可控惯性发电系统的暂态稳定分析

3.1 两区域发电系统暂态稳定分析方法

3.2 暂态稳定机理分析

3.3 仿真分析

3.4 本章小结

第4章 可控惯性发电系统的频率特性分析

4.1 含风电的两区域系统动态稳定分析

4.2 可控惯性系统的功率振荡特性分析

4.3 动态惯性综合控制策略

4.4 仿真系统简介

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢