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《广东工业大学》 2011年
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大型风电场接入电力系统暂态稳定性研究

蔡彦涛  
【摘要】:几十年来,人们对风力发电技术的探索、研究方兴未艾,风力发电的装机规模不断扩大,风力机的单机容量也由最初的几十千瓦达到兆瓦级。由于风能存在间歇性、随机性、不可人为调度的特点,风电场的输出功率同样存在波动性问题,随着大规模并网运行风电场的不断增多,风电在电网中的比例逐渐提高,对电网的安全运行造成严重影响;同时,风电场接入电网,改变了原有电力系统的潮流分布并对电力系统传统分析方法提出挑战。因此,对并网风电场的研究具有实际意义。 双馈型感应风力发电机组可实现有功、无功功率的解耦控制,通过变速运行实现最大风能跟踪,提高机组的转换效率,改善风电场的功率因数和稳定性。 针对不同干扰状况下含风电场的电力系统稳定性问题进行了仿真研究。首先,研究了风速、空气动力学模型和风力机组的机械传动系统模型;建立了基于双馈感应发电机的变速风力机组总体结构模型。其次,研究了双馈感应风力机控制系统、风电场模型;通过分析双馈感应风力机转子侧变频器与电网侧变频器的解耦控制原理,给出了双馈感应风力机组综合控制系统模型、双馈感应风力机的转子侧变频器与电网侧变频器控制模型;采用集总方法建立了大型风电场的等值模型,仿真结果表明,等值风电场集总模型较详细模型大大提高了计算效率。 为了提高故障状态风电场的暂态稳定性,提出了双馈感应风力机转子侧变频器暂态电压控制与快速桨距角控制的联合控制方法。桨距角控制通过改变风机的风能捕获以增强双馈感应风力机组的暂态电压稳定性;双馈感应风力机转子侧变频器暂态电压控制能够充分发挥双馈风力机的动态控制能力,充分利用双馈感应风力机的无功容量,改善双馈感应风力机组的暂态电压稳定性。 最后,通过利用Matlab软件编制了仿真模块,进行了动态仿真,验证了模型可行性和对改善风电场暂态稳定的有效性。 本文的研究工作,得到国家自然科学基金重点项目(60534040):“分散式风力-太阳能发电系统的混合控制研究”的资助。
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