双馈风力发电机组建模及并网动态特性研究

论文摘要

传统能源日益匮乏,环境污染日趋严重,全球向安全、可靠和环保的可持续能源体系转型迫在眉睫,风电迎来了重要的发展契机。近年来,全球风电迅猛发展,我国已成为世界风电新增装机容量第一的国家。然而,随着风电规模的不断增大,风电场接入对系统的影响不容忽视。双馈式风力发电机是当前风力发电的主流机型之一,风速随机性引起的功率波动及故障情况下的动态响应,对电能质量,系统电压、频率和功角的稳定性产生的影响需要深入研究。因而,本文结合实际项目,针对双馈风力发电机组的建模,端口动态特性及对电网电能质量、运行稳定性的影响进行了研究。在建模方面,首先总结了用于研究不同问题时所选用的风电模型,对目前双馈风力发电机组普遍采用的控制策略进行了分析,得出了其仅在风电机组端口电压比较稳定的情况下具有较好的控制效果的结论。其次,对普遍采用的控制策略进行改进,提出一种新的控制策略,可根据接入系统线路需要,自动补偿其无功,以充分利用双馈风力发电机组的特点,实现风电场并网点功率因数可控,并基于PSCAD/EMTDC平台验证了改进模型的正确性。再次,考虑到目前国外引进的风电机组核心控制方法和参数不易获得,且选用详细开关模型会降低仿真的效率,对比分析了双馈风力发电机组的PSCAD/EMTDC详细电磁暂态模型和Matlab/Simulink平均模型在电网故障时所反映的动态特性,表明两种模型具有较好的一致性。据此得出了可在PSCAD/EMTDC平台建立双馈风机等值平均模型,以提高暂态仿真效率的结论。并结合实例仿真讨论了实例风电场的安全容量。动态特性及其对电网的影响方面,首先仿真分析了风电机组正常和故障情况下的端口特性。讨论了增加Crowbar电路对风电机组低电压穿越能力的改善作用,建议改进故障期间网侧变流器控制策略,减少转子保护短路时风电机组从电网吸收无功,为深入掌握风电机组运行端口特性提供了理论基础。其次,结合实际含风电场局部电网,在PSCAD/EMTDC平台中搭建了仿真模型,从正常和故障两个角度,考虑风速、风场容量、切除时间变化、故障的对称性及负荷动态建模等因素,研究了风电场对局部电网电能质量和电压稳定性的影响,得出了一些有意义的结论,为进一步深入开展相关仿真研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 国内外风力发电发展概况
• 1.3 风力发电技术的研究现状
• 1.4 风力发电系统的建模及其接入对电网的影响
• 1.5 本文的主要工作
• 2 双馈风力发电系统的数学模型与控制策略
• 2.1 风速的动态模型
• 2.2 风力机和桨距角数学模型
• 2.3 绕线式异步电机的数学模型
• 2.4 双PWM 变换器控制策略研究
• 2.5 本章小结
• 3 双馈风力发电机组并网端口特性仿真研究
• 3.1 仿真系统简介
• 3.2 正常情况下风电机组并网运行特性仿真
• 3.3 故障情况下风电机组的动态响应及分析
• 3.4 双馈风力发电机组的LVRT 能力分析
• 3.5 本章小结
• 4 双馈风力发电机组控制策略的改进
• 4.1 双馈风机控制策略的改进与建模
• 4.2 九宫山风电场及咸宁电网模型的搭建
• 4.3 改进控制策略的验证
• 4.4 风机动态模型的验证
• 4.5 本章小结
• 5 双馈风力发电机组并网动态特性研究
• 5.1 风机并网正常运行对电网的影响
• 5.2 风电场接入对电网暂态特性的影响
• 5.3 本章小结
• 6 风电场接入容量探讨
• 6.1 平均模型的建立与验证
• 6.2 风电场接入容量探讨
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录2 攻读硕士期间参与的科研项目
• 附录3 咸宁地区配网参数及潮流结果
• 附录4 基于Matlab 平台搭建的咸宁地区配网模型