含直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題研究.pdf

1、在風(fēng)電場(chǎng)常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(wind turbinewith direct-driven permanet magnet synchronous generator，PMSG)憑借其可靠性高、維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)逐漸成為了風(fēng)力發(fā)電使用的主流機(jī)型。
　　直驅(qū)風(fēng)機(jī)大規(guī)模接入電網(wǎng)會(huì)使整體同步運(yùn)行的電力系統(tǒng)耦合大量的具有電力電子器件接口的非同步電源。直驅(qū)風(fēng)機(jī)的機(jī)組結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性不同于傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)和其他類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)

2、電機(jī)組，直驅(qū)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生新的影響。這其中就包括對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是電網(wǎng)安全運(yùn)行的必備條件。所以研究含有直驅(qū)風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題具有重要的實(shí)際意義。本文主要研究直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響機(jī)理，探究直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的變化規(guī)律，并根據(jù)研究結(jié)果對(duì)含有直驅(qū)風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式提出相應(yīng)建議。主要研究?jī)?nèi)容歸納如下:
　　建立直驅(qū)風(fēng)機(jī)完整的機(jī)電暫態(tài)模型。建模對(duì)象包括直驅(qū)風(fēng)機(jī)

3、全部的機(jī)組元件和控制器。機(jī)組元件中包含了直驅(qū)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越所需的卸荷電阻?？刂破髦邪艘种骑L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子自激振蕩所需的附加阻尼控制器。提出的直驅(qū)風(fēng)機(jī)各元件的建模方法將為進(jìn)一步研究直驅(qū)風(fēng)機(jī)的暫態(tài)響應(yīng)特性提供模型基礎(chǔ)。
　　研究傳動(dòng)軸系模型對(duì)直驅(qū)風(fēng)機(jī)暫態(tài)分析結(jié)果的影響。利用能量守恒原理從理論上分析直驅(qū)風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)軸系分別由兩質(zhì)塊和單質(zhì)塊模型模擬時(shí)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速暫態(tài)變化量的差異?？紤]直驅(qū)風(fēng)機(jī)附加阻尼控制器的作用效果，分析轉(zhuǎn)速變化量的差別對(duì)

4、直驅(qū)風(fēng)機(jī)暫態(tài)分析結(jié)論的影響，并據(jù)此提出適用于直驅(qū)風(fēng)機(jī)暫態(tài)分析的傳動(dòng)軸系模型的選取原則。然后通過(guò)時(shí)域仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。提出的原則將有助于研究人員使用合適的傳動(dòng)軸系模型分析直驅(qū)風(fēng)機(jī)的暫態(tài)行為，從而有利于保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性并能方便分析的過(guò)程。
　　在準(zhǔn)確分析直驅(qū)風(fēng)機(jī)暫態(tài)響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上，研究直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入后整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)制，給出含有直驅(qū)風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的概念描述。研究表明該問(wèn)題主要關(guān)注直驅(qū)風(fēng)機(jī)電網(wǎng)側(cè)

5、的暫態(tài)響應(yīng)及其對(duì)傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角同步穩(wěn)定的影響。然后從系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的關(guān)注重點(diǎn)出發(fā)分析直驅(qū)風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)輸出功率和輸出電流的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，明確直驅(qū)風(fēng)機(jī)中決定機(jī)組網(wǎng)側(cè)響應(yīng)的關(guān)鍵因素，據(jù)此簡(jiǎn)化直驅(qū)風(fēng)機(jī)模型。并仿真對(duì)比直驅(qū)風(fēng)機(jī)不同模型的使用效果，結(jié)果表明對(duì)直驅(qū)風(fēng)機(jī)的暫態(tài)建模應(yīng)該優(yōu)先使用受控電流源模型。所得結(jié)論將有助于降低分析直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入影響時(shí)的研究難度。
　　基于擴(kuò)展等面積法則提出研究直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入影響的理論分析方法。使用該方法分析直驅(qū)風(fēng)

6、機(jī)接入對(duì)多機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，分析過(guò)程中考慮直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入產(chǎn)生最大程度影響的系統(tǒng)情況。同時(shí)使用兩個(gè)不同的多機(jī)系統(tǒng)作為驗(yàn)證理論分析結(jié)論的仿真算例。研究表明，系統(tǒng)發(fā)生故障后，當(dāng)直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入點(diǎn)附近的同步發(fā)電機(jī)是受擾嚴(yán)重機(jī)組而減出力平衡直驅(qū)風(fēng)電功率的同步發(fā)電機(jī)是余下機(jī)組時(shí)，直驅(qū)風(fēng)機(jī)的接入會(huì)使系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性變差;當(dāng)直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入點(diǎn)附近的同步發(fā)電機(jī)和減出力平衡直驅(qū)風(fēng)電功率的同步發(fā)電機(jī)同為受擾嚴(yán)重機(jī)組時(shí)，直驅(qū)風(fēng)機(jī)的接入會(huì)使系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性變好。該

7、結(jié)論將為研究人員判斷直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入后電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性提供參考依據(jù)。本文提出的分析方法也為研究含有直驅(qū)風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題提供了一種新的理論分析思路，可以對(duì)直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入的影響結(jié)果給出理論解釋。
　　研究直驅(qū)風(fēng)機(jī)的無(wú)功控制方式對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。使用提出的理論分析方法研究采用暫態(tài)無(wú)功支撐控制方式的直驅(qū)風(fēng)機(jī)的接入對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響作用，從理論上對(duì)比直驅(qū)風(fēng)機(jī)采用不同無(wú)功控制方式時(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定情況。通過(guò)時(shí)域仿真驗(yàn)證理論分析結(jié)論

8、的正確性。研究表明，受機(jī)組變流器的容量限制，直驅(qū)風(fēng)機(jī)的無(wú)功控制方式并不是直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入影響好壞的決定性因素。但是相較定單位功率因數(shù)的控制方式，接入系統(tǒng)的直驅(qū)風(fēng)機(jī)采用暫態(tài)無(wú)功支撐控制方式時(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性更好。最后，基于全文的研究?jī)?nèi)容總結(jié)出直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入對(duì)多機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響機(jī)理，歸納出決定直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入影響的主要因素。并以此為依據(jù)對(duì)含有直驅(qū)風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式提出相應(yīng)建議，以充分發(fā)揮直驅(qū)風(fēng)機(jī)接入對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的正面影響。本文的研究