并网异步风力发电机组的暂态稳定性研究

论文摘要

随着世界能源的日益紧张和人们对环境问题的重视,风力发电技术在世界范围内得到广泛应用。随着大规模风电场的规划和建设,风电在电力系统中的比重逐步增加,风电接入对电力系统的影响也随之加大。因此深入研究风电机组并入输电网后的机组暂态行为,已成为目前国内外研究的热点问题,特别是在风力机组暂态稳定性方面,如并网风力发电机组的暂态稳定性机理、暂态建模和暂态稳定性分析方法等。本文以并网笼型异步风力发电机组为研究对象。首先,在对比分析异步发电机与同步发电机暂态稳定性差异的基础上,深入研究了并网异步风力发电机组的暂态稳定性机理。其次,从风力机轴系模型和异步发电机暂态模型角度,对比分析了采用多种风力发电机组组合模型时机组在机械扰动和电网故障扰动下的暂态过程,从而研究适合并网异步风力发电机组暂态稳定性分析的模型。在此基础上,进一步深入分析风力机组各个参数对并网异步风力发电机组暂态稳定性的影响。以及首次提出了一种考虑风力机叶片弯曲柔性和传动轴扭转柔性的风力机等效三个质量块模型,并分析叶片柔性对机组暂态稳定性的影响。再次,在分析现有提高机组暂态稳定性的各种控制策略的基础上,提出了一种考虑风力机轴系柔性影响的风力机变桨距控制策略,并对比分析了各种控制策略对提高机组暂态稳定性的效果。最后,从机组暂态稳定性直接法分析基础上,首次提出了一种基于非线性动力系统稳定域边界理论的Normal Form(规范型)方法求取并网异步风力发电机组临界故障切除时间的计算模型,并对其计算结果进行了比较分析。本文得到的并网异步风力发电机组暂态模型,提高机组暂态稳定性的措施以及暂态稳定性评价方法,将为含并网大容量风电场的电力系统暂态分析提供理论基础以及决策支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 并网异步风力发电机组的暂态稳定性研究现状
• 1.2.1 暂态稳定性机理研究
• 1.2.2 暂态模型研究
• 1.2.3 控制策略研究
• 1.2.4 暂态稳定性评估方法研究
• 1.3 本文的研究内容
• 2 并网异步风力发电机组的暂态稳定性机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 同步发电机的暂态稳定性描述
• 2.3 异步发电机的暂态稳定性机理
• 2.4 仿真对比分析
• 2.4.1 机械扰动下暂态行为仿真
• 2.4.2 机端三相短路故障下暂态行为仿真
• 2.5 考虑风力机柔性连接时异步风力发电机组暂态稳定性分析
• 2.6 小结
• 3 并网异步风力发电机组暂态模型分析
• 3.1 引言
• 3.2 风力机等效模型
• 3.2.1 风能捕获及输出转矩特性
• 3.2 3 机械传动链模型
• 3.3 异步发电机暂态模型
• 3.3.1 ABC/abc 坐标系下发电机模型
• 3.3.2 d/q 同步旋转坐标系下发电机模型
• 3.3.3 电磁暂态模型
• 3.4 风力发电机组不同模型时的暂态行为比较研究
• 3.5 小结
• 4 机组参数对并网异步风力发电机组暂态稳定性影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 机组参数对风电机组暂态稳定性的影响研究
• 4.2.1 惯性时间常数
• 4.2.2 传动轴刚度系数
• 4.2.3 输入机械转矩
• 4.3 叶片柔性对机组暂态稳定性的影响分析
• 4.3.1 考虑叶片柔性的风力机等效建模
• 4.3.2 暂态行为仿真分析
• 4.3.3 叶片柔性和折断点位置对风电机组暂态稳定性影响
• 4.4 小结
• 5 提高并网异步风力发电机组暂态稳定性的控制策略研究
• 5.1 引言
• 5.2 不同控制措施的原理分析
• 5.3 考虑风力机传动轴系柔性时的一种改进变桨距控制策略
• 5.3.1 典型桨距控制策略分析
• 5.3.2 考虑轴系柔性的变桨距控制策略
• 5.3.3 仿真分析
• 5.4 动态制动电阻方式研究
• 5.4.1 SDBR 与PDBR 方式比较分析
• 5.4.2 SDBR 切入切出时间分析
• 5.4.3 SDBR 与STATCOM 方式的比较分析
• 5.5 混合控制研究
• 5.6 小结
• 6 基于Normal Form 变换的机组暂态稳定性评估方法研究
• 6.1 引言
• 6.2 基于非线性动力系统的稳定域边界理论
• 6.3 并网异步风力发电机组动态模型
• 6.4 Normal Form 变换
• 6.5 临界切除时间CCT 的计算
• 6.6 计算CCT 的步骤
• 6.7 算例分析
• 6.8 小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B