含雙饋風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性及阻尼特性分析

【摘要】：近年來,隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)特別是變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)以更有效地利用風(fēng)能,和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的容量僅為風(fēng)電容量的20%~30%等優(yōu)勢(shì),使得DFIG得到了廣泛的應(yīng)用。且隨著風(fēng)力發(fā)電容量在電力系統(tǒng)中所占比例的不斷提高,風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響日益顯著,并且大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)也將導(dǎo)致阻尼特性改變。因而本文主要針對(duì)含雙饋風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性及阻尼特性展開研究,建立了DFIG風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型,分析了簡單系統(tǒng)的振蕩模式及其阻尼特性,并采用超級(jí)電容虛擬慣性控制改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和阻尼特性。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)在全面分析課題背景和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,研究DFIG風(fēng)電系統(tǒng)的組成和工作原理,建立了雙饋風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型,它包括軸系模型以及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下狀態(tài)方程,建立了雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組變流器及其控制模型,從而得到了用于小干擾穩(wěn)定性分析的雙饋風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型。(2)本文首先建立了雙饋風(fēng)電機(jī)組與無窮大系統(tǒng)組成的簡單系統(tǒng),通過特征值分析法分析含DFIG風(fēng)電機(jī)組的簡單系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性及其阻尼特性,并計(jì)算其特征矩陣的特性值,分析系統(tǒng)的振蕩模式及其參與因子,了解系統(tǒng)中產(chǎn)生振蕩模式的原因。在Matlab/Simulink平臺(tái)上搭建仿真模型,通過仿真結(jié)果表明:在DFIG風(fēng)電機(jī)組的簡單系統(tǒng)中存在著振蕩模式和衰減模式,其中系統(tǒng)的阻尼特性是隨著振蕩模式的阻尼比的變化而變化,阻尼比增大則阻尼特性變好。(3)根據(jù)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)差特性分析雙饋風(fēng)電機(jī)組的阻尼轉(zhuǎn)矩,進(jìn)而借鑒同步電機(jī)的電氣阻尼的分析方法,研究雙饋風(fēng)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)的阻尼特性,并通過Matlab/Simulink仿真驗(yàn)證雙饋風(fēng)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)對(duì)阻尼特性的影響因素。隨著系統(tǒng)參數(shù)peK在一定范圍內(nèi)的增大,使d sC,C0時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩提供正的阻尼轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩,對(duì)低頻振蕩起到抑制作用。(4)基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電磁轉(zhuǎn)矩影響系統(tǒng)阻尼的原理,分析了變速風(fēng)電機(jī)組增加超級(jí)電容后,并通過DC-DC變換器接入到變流器的直流環(huán)節(jié),采用虛擬慣性控制分析對(duì)系統(tǒng)阻尼特性的影響。最終通過Matlab/Simulink仿真分析驗(yàn)證基于超級(jí)電容的虛擬慣性控制對(duì)系統(tǒng)阻尼的影響。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 雙饋異步發(fā)電機(jī) 小干擾穩(wěn)定性 阻尼特性 超級(jí)電容 虛擬慣性
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題的研究背景和意義11-13
• 1.2 D FIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)13-14
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 變速雙饋風(fēng)電機(jī)組的基本理論及數(shù)學(xué)模型18-34
• 2.1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)理論18-20
• 2.1.1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)18-19
• 2.1.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理19-20
• 2.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型20-26
• 2.2.1 雙饋電機(jī)的模型20-25
• 2.2.2 變流器模型25-26
• 2.3 變流器控制模型26-32
• 2.3.1 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制模型26-29
• 2.3.2 網(wǎng)側(cè)變流器控制模型29-32
• 2.4 雙饋風(fēng)電機(jī)組的軸系模型32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 DFIG系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性34-56
• 3.1 小干擾穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)34-40
• 3.1.1 電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的定義34-36
• 3.1.2 特征值分析法36-40
• 3.2 基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的簡單系統(tǒng)分析40-49
• 3.2.1 雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型40-43
• 3.2.2 單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型43-45
• 3.2.3 小干擾穩(wěn)定性分析模型45-49
• 3.3 簡單系統(tǒng)仿真分析49-54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 第4章 雙饋風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的阻尼特性分析56-67
• 4.1 阻尼轉(zhuǎn)矩分析56-60
• 4.1.1 異步風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩特性56-58
• 4.1.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩特性58-60
• 4.2 簡單系統(tǒng)的阻尼特性分析60-63
• 4.3 仿真算例分析63-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 第5章 基于超級(jí)電容的虛擬慣性控制67-77
• 5.1 虛擬慣性67-68
• 5.2 虛擬慣性控制對(duì)阻尼特性的影響68-73
• 5.2.1 虛擬慣量的引入及實(shí)現(xiàn)68-71
• 5.2.2 基于超級(jí)電容的虛擬慣性的分析71-72
• 5.2.3 超級(jí)電容虛擬慣性控制對(duì)阻尼特性的影響72-73
• 5.3 基于超級(jí)電容的虛擬慣性的的仿真分析73-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果83-84
• 致謝84-85
• 作者簡介85

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