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变速恒频风电机组惯性控制对电力系统小干扰稳定性的影响研究

张倚天  
【摘要】:随着风电产业的迅猛发展,风电技术取得了长足的进步,直驱永磁风电机组(Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator, D-PMSG)以其结构简单、可靠性高等优点成为未来风电发展的重要方向。大规模风电接入将会给电力系统安全稳定运行带来严峻挑战,其中,电力系统小干扰稳定性会因风电集中式开发和远距离输送的特点而面临更大的威胁。并且,由于D-PMSG的解耦控制,使得D-PMSG对外表现出“无惯性”,在接入时会在一定程度上减小整个系统的惯性。解决该问题的常用方法是D-PMSG加入惯性控制,然而惯性控制的加入又会改变D-PMSG和接入系统的耦合关系,对系统的小干扰稳定性产生一定影响,故而在选择惯性控制策略和参数的时候应考虑系统小干扰方面的限制。因此,针对D-PMSG惯性控制对电力系统小干扰稳定性的影响,本文进行了如下研究:首先,介绍了D-PMSG在不同工况下的数学模型。D-PMSG的数学模型主要包括风力机、轴系、永磁同步发电机、背靠背变流器等基本组成部分和最大功率跟踪控制、变节距角控制、变流器机侧整流控制和网侧逆变控制等基本控制部分。其次,研究了基于特征值分析法的不同运行工况下D-PMSG简化模型。该简化模型保留了D-PMSG的主导状态变量,主要是适用于风电接入系统的小干扰稳定性分析。比较分析了D-PMSG详细模型和简化模型的特征值计算结果和主导状态变量仿真曲线。分析结果表明,特征值的计算结果和主导状态变量的仿真曲线在模型简化前后的仿真结果具有较好的一致性,从而证明了该简化模型是合理的。最后,仿真分析了D-PMSG'惯性控制对系统小干扰稳定性的影响。分析了下垂控制和虚拟惯量控制等两种惯性控制策略的运行原理,在PSCAD/EMTDC上建立了含D-PMSG的四机两区仿真系统。在接入风电不改变系统初始潮流的前提下,仿真分析了下垂控制和虚拟惯量控制的加入对D-PMSG自身小干扰稳定的影响特性,研究总结了加入惯性控制后D-PMSG有功出力,接入位置和控制参数对系统小干扰稳定的影响特性。


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