双馈电机风电场无功电压控制问题研究

论文摘要

风力发电在带来清洁能源的同时,还具有间歇性和随机性,这些特性会对电力系统带来一些负面影响。同时,风电场在向系统输送有功功率的同时可能吸收大量的无功功率,由于无功功率与电压稳定性的强相关性,使得大型风电场的接入将对电网电压的稳定性产生一定的影响。本文从双馈感应发电机数学模型出发,分析了转子侧变流器与网侧变流器的解耦控制原理,在DIgSILENT/PowerFactory中建立了双馈感应发电机组模型,为探讨风电场无功电压控制问题奠定了基础。提出了一种基于配电网无功优化的风电场群协调控制策略:以超短期风电功率预测为前提、以风电并网区域最小网损为控制目标、以节点电压和无功功率范围为约束条件、以各风电场的无功调节为控制手段,进行最优潮流计算整定各风电场的无功功率调节量,风电场中各风电机组再按照等功率因数原则分配无功功率。算例仿真表明该控制策略对降低区域电网的网损有明显的作用。上述控制策略仅适用于风电场正常运行状态,电压跌落时为了提高风电场的暂态电压稳定性和风电机组的低电压穿越能力,采用了低电压运行控制策略。该控制策略由电压支持控制、转子短路保护和无功功率泵升控制组成。算例仿真表明采用的低电压运行控制策略能有效提高风电机组低电压穿越的能力。研发了以DIgSILENT/PowerFactory为引擎的风电并网在线预警系统,该系统能预测风电并网区域主要监测节点电压以及线路潮流趋势并作出安全评估。实际运行结果表明该系统实现了风电并网在线预警的功能,对大型风电场的调度管理及电网安全运行具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 风电发展状况
• 1.1.2 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 DFIG 模型及控制技术
• 1.2.2 DFIG 风电场无功电压控制策略研究
• 1.2.3 风电并网在线安全预警系统研究
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第2章 双馈风电机组模型
• 2.1 风电机组概念
• 2.2 仿真软件中DFIG 风电机组拓扑结构
• 2.3 RSC 矢量控制系统
• 2.3.1 RSC 矢量控制原理
• 2.3.2 RSC 控制模型
• 2.4 GSC 矢量控制系统
• 2.4.1 GSC 矢量控制原理
• 2.4.2 GSC 矢量控制模型
• 2.5 DFIG 及变流器保护系统
• 2.5.1 DFIG 及变流器保护原理
• 2.5.2 DFIG 及变流器保护控制模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 双馈风电场群无功优化控制
• 3.1 电网导则约束
• 3.2 风电场无功功率极限分析
• 3.2.1 DFIG 风电机组功率分析
• 3.2.2 DFIG 定子侧无功功率约束
• 3.2.3 GSC 无功功率约束
• 3.2.4 DFIG 风电场无功功率极限
• 3.3 双馈风电场群无功优化控制策略
• 3.3.1 风电功率预测
• 3.3.2 风电场无功功率整定
• 3.3.3 风电机组无功功率分配
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 算例说明
• 3.4.2 算例仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 双馈风电场低电压运行控制
• 4.1 电网导则约束
• 4.2 DFIG 电压控制模式
• 4.3 电网故障时DFIG 低电压运行控制
• 4.4 算例分析
• 4.4.1 算例说明
• 4.4.2 算例仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 风电并网在线预警系统
• 5.1 应用现状
• 5.2 设计思想
• 5.3 关键技术实现方法
• 5.3.1 DIgSILENT/PowerFactory 中系统控制的实现
• 5.3.2 DIgSILENT/PowerFactory 引擎模式
• 5.3.3 DIgSILENT/PowerFactory 标准数据接口
• 5.4 预警系统运行实例
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 预警系统典型的图形界面
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要