前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)特性研究

【摘要】：并網(wǎng)特性是風電機組實現(xiàn)并網(wǎng)控制的參考依據(jù)，直接反映了機組并網(wǎng)運行特性和并網(wǎng)穩(wěn)定性。隨著風力發(fā)電技術(shù)的不斷提高和風電并網(wǎng)容量的不斷增大，進行風電機組并網(wǎng)特性的研究顯得尤為迫切和重要。以PMSG(Permenent Megnetic Synchronous Generator,永磁同步發(fā)電機)和DFIG(Doubly-fed Induction Generator,雙饋異步發(fā)電機)為主的常規(guī)風電機組由于存在低電壓穿越能力差、無功輸出能力不足等問題，難以風電機組并網(wǎng)要求。前端調(diào)速式風電機組具有低電壓穿越、無功輸出能力強、電能品質(zhì)好等優(yōu)點，因此，進行前端調(diào)速式風電機組的并網(wǎng)特性研究，對于促進我國風電技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。 本文在掌握前端調(diào)速式風電機組的運行原理的基礎上，對整機控制結(jié)構(gòu)、機組效率進行了分析，建立了機組數(shù)學模型，確定了機組的并網(wǎng)控制策略，即機組準同期空載并網(wǎng)控制、基于遺傳算法的有功功率優(yōu)化控制、基于DL-H∞(Double Loop H∞,雙環(huán)H∞)的電壓和無功功率控制以及基于區(qū)域劃分的直接轉(zhuǎn)速控制，并進行了仿真研究。仿真結(jié)果表明所采用的控制方法可以實現(xiàn)不同控制要求，驗證了控制方法的正確性和有效性。 針對風電機組在實際運行過程中可能遇到的各種非正常運行工況，分別以不同類型風速輸入作為機側(cè)擾動、對稱和非對稱接地故障作為網(wǎng)側(cè)擾動，從機側(cè)擾動和網(wǎng)側(cè)故障兩方面仿真分析了前端調(diào)速式風電機組的并網(wǎng)運行特性，并與相等容量雙饋風電機組進行了對比分析。仿真結(jié)果表明，在各種運行工況下前端調(diào)速式風電機組較雙饋風電機組有更好地運行特性。 根據(jù)電力系統(tǒng)對并網(wǎng)穩(wěn)定性分析的劃分標準以及常規(guī)風電機組并網(wǎng)對接入系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，分別從暫態(tài)功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性三方面對前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)穩(wěn)定性進行了分析和仿真研究。在并網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性方面，在IEEE5機14節(jié)點系統(tǒng)中以機組等值模型通過時域仿真分析了系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，并進行了同等容量雙饋異步風電機組仿真分析；在電壓穩(wěn)定性方面，將風電機組并網(wǎng)模型進行等值計算，采用分岔理論分析了機組電壓穩(wěn)定性，并進行了仿真研究；在頻率穩(wěn)定性分析方面，通過機理分析，總結(jié)了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素，在此基礎上進行了仿真分析。對前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性的仿真結(jié)果均表明，相對于雙饋異步風電機組，前端調(diào)速式風電機組具有更好的并網(wǎng)穩(wěn)定性和電網(wǎng)適應性。 【關(guān)鍵詞】：前端調(diào)速式風電機組 并網(wǎng)控制 運行特性 穩(wěn)定性 仿真分析
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 論文的選題背景和研究意義10-14
• 1.1.1 論文的研究背景10-13
• 1.1.2 論文的研究意義13-14
• 1.2 論文的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容16-18
• 2 前端調(diào)速式風電機組的運行理論18-32
• 2.1 前端調(diào)速式風電機組的基本原理18-20
• 2.1.1 前端調(diào)速式風電機組的運行原理18-19
• 2.1.2 前端調(diào)速式風電機組的控制結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2 前端調(diào)速式風電機組的機組效率20-22
• 2.3 前端調(diào)速式風電機組的數(shù)學模型22-31
• 2.3.1 風力機模型22-23
• 2.3.2 傳動鏈模型23-27
• 2.3.3 勵磁系統(tǒng)模型27-29
• 2.3.4 無刷電勵磁同步發(fā)電機模型29-31
• 2.4 小結(jié)31-32
• 3 前端調(diào)速式風電機組的并網(wǎng)控制32-58
• 3.1 電網(wǎng)對風電機組接入的要求32-34
• 3.2 前端調(diào)速式風電機組的準同期空載并網(wǎng)控制34-39
• 3.2.1 空載并網(wǎng)條件34-35
• 3.2.2 空載并網(wǎng)控制35-36
• 3.2.3 空載并網(wǎng)仿真分析36-39
• 3.3 基于遺傳算法的機組有功功率優(yōu)化控制39-45
• 3.3.1 機組有功功率控制結(jié)構(gòu)40-41
• 3.3.2 模糊 PID 控制器的設計41-42
• 3.3.3 基于遺傳算法的模糊規(guī)則優(yōu)化42-43
• 3.3.4 仿真分析43-45
• 3.4 基于 DL-H_∞的電壓和無功功率控制45-53
• 3.4.1 H_∞勵磁控制器設計45-47
• 3.4.2 H_∞PSS 設計47-49
• 3.4.3 機組輸出電壓和無功功率仿真分析49-53
• 3.5 基于區(qū)域劃分的直接轉(zhuǎn)速控制53-57
• 3.5.1 直接轉(zhuǎn)速控制54-56
• 3.5.2 運行及仿真分析56-57
• 3.6 小結(jié)57-58
• 4 前端調(diào)速式風電機組的并網(wǎng)運行特性58-72
• 4.1 風速擾動下機組運行特性59-64
• 4.1.1 漸變風擾動下的仿真59-62
• 4.1.2 陣風擾動下的仿真62-64
• 4.2 電網(wǎng)側(cè)故障下機組的運行特性64-70
• 4.2.1 對稱故障下的機組運行特性65-67
• 4.2.2 不對稱故障下的機組運行特性67-70
• 4.3 小結(jié)70-72
• 5 前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)穩(wěn)定性分析72-93
• 5.1 風電機組并網(wǎng)運行對接入系統(tǒng)的影響72-74
• 5.1.1 對電能質(zhì)量的影響73
• 5.1.2 對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響73
• 5.1.3 對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的影響73
• 5.1.4 對保護裝置和其他方面的影響73-74
• 5.2 前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性分析74-80
• 5.2.1 暫態(tài)功角穩(wěn)定性的定義74
• 5.2.2 風電系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定分析74-77
• 5.2.3 仿真分析77-80
• 5.3 前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析80-88
• 5.3.1 風電系統(tǒng)中的電壓穩(wěn)定性問題80
• 5.3.2 風電系統(tǒng)中的分岔現(xiàn)象80-82
• 5.3.3 基于分岔理論的機組并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析82-83
• 5.3.4 機組并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性仿真分析83-88
• 5.4 前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)頻率穩(wěn)定性分析88-92
• 5.4.1 前端調(diào)速式風電機組并網(wǎng)頻率穩(wěn)定性機理分析88-89
• 5.4.2 風電并網(wǎng)引起頻率波動的主要因素89-90
• 5.4.3 仿真分析90-92
• 5.5 小結(jié)92-93
• 結(jié)論93-95
• 致謝95-96
• 參考文獻96-101
• 附錄 A 機組參數(shù)101-102
• 附錄 B 機組并網(wǎng)仿真 MATLAB/Simulink 模型102-103
• 附錄 C 暫態(tài)穩(wěn)定性分析 PSAT 仿真模型及參數(shù)103-104
• 攻讀學位期間研究成果104

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