大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的低頻振蕩研究.pdf

1、大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)使現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，大電網(wǎng)區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)的弱阻尼或負(fù)阻尼問題在實際工程中變得十分突出，低頻振蕩成為影響電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性以及遠(yuǎn)距離傳送容量的重要因素。與此同時，可再生能源技術(shù)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化，其中風(fēng)電作為最具開發(fā)潛力的可再生能源近年來在電網(wǎng)中的滲透率逐年增加。因此，含大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的低頻振蕩研究成為一個亟待研究的重要課題。
　　本論文針對永磁直驅(qū)變速風(fēng)電機(jī)組（Permanent mag

2、net synchronous generator-basedwind turbine system，簡稱PMSG），在并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組自身的小信號穩(wěn)定性、風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響機(jī)理、風(fēng)電機(jī)組形成共振型低頻振蕩擾動源及其對區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線功率的影響，以及低頻振蕩抑制等方面開展研究，在模型和機(jī)理上取得了創(chuàng)新性成果并獲得了一些重要結(jié)論。主要工作內(nèi)容如下:
　　l、研究永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后自身的小信號穩(wěn)定性。建立了適用于系統(tǒng)低

3、頻振蕩分析的PMSG小信號模型;研究了并網(wǎng)PMSG自身的模式特性，分析了各振蕩模態(tài)的產(chǎn)生機(jī)理;并采用特征值法分析了軸系模型、風(fēng)機(jī)控制策略、機(jī)網(wǎng)側(cè)參數(shù)、控制器參數(shù)、風(fēng)機(jī)運行點、并網(wǎng)距離等因素對并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組小信號穩(wěn)定性的影響。
　　2、研究永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)對電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響機(jī)理。建立了含風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)雙機(jī)模型，將線性化的PMSG方程與電網(wǎng)的線性化方程聯(lián)立，推導(dǎo)出含PMSG的雙機(jī)模型的狀態(tài)方程;通過對系統(tǒng)狀態(tài)矩陣進(jìn)行結(jié)構(gòu)和

4、參數(shù)的分析，揭示了PMSG與電網(wǎng)及常規(guī)同步發(fā)電機(jī)組動態(tài)相互作用的本質(zhì)以及PMSG并網(wǎng)系統(tǒng)的模式獨立特性;最后，在PSCAD/EMTDC的仿真平臺上，搭建了含PMSG的兩區(qū)域四機(jī)的仿真系統(tǒng)，并采用非線性時域仿真和基于總體最小二乘法-旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)(TLS-ESPRIT)的模式辨識算法相結(jié)合的方法驗證了基于線性化模型得出的結(jié)論。
　　3、提出風(fēng)電機(jī)組可能成為電力系統(tǒng)共振型低頻振蕩的擾動源并推導(dǎo)了擾動源模型。首先，采用了計及風(fēng)剪切和塔影效

5、應(yīng)的風(fēng)機(jī)葉輪空氣動力學(xué)模型，分析了風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)對風(fēng)輪機(jī)輸出機(jī)械功率的影響;然后，理論推導(dǎo)了等效風(fēng)速波動、機(jī)械轉(zhuǎn)矩波動、電磁轉(zhuǎn)矩波動三者之間的關(guān)系式;最后，通過時域仿真，分析了風(fēng)機(jī)運行點和不同脈動分量與風(fēng)電機(jī)組輸出功率波動的關(guān)系，闡明了風(fēng)電機(jī)組成為共振型低頻振蕩擾動源的原因和條件。
　　4、結(jié)合風(fēng)電場-飛輪儲能系統(tǒng)聯(lián)合運行的背景，提出利用飛輪儲能系統(tǒng)消除風(fēng)電場成為共振型低頻振蕩擾動源的方法。設(shè)計了以風(fēng)電場輸出有功功率和飛輪轉(zhuǎn)速為

6、控制信號的參考功率控制器，并給出了飛輪儲能參考功率的計算方法?；贛atlab/Simulink的仿真實驗表明，飛輪儲能系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確補(bǔ)償風(fēng)電場輸出的三次脈動功率的波動，從而減小了風(fēng)電場引發(fā)共振型低頻振蕩的風(fēng)險。
　　5、針對由塔影效應(yīng)引起的風(fēng)電場輸出的周期性功率脈動，研究其對弱互聯(lián)系統(tǒng)區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線功率影響的規(guī)律。綜合考慮風(fēng)電機(jī)組和電力系統(tǒng)的相互影響，建立了含PMSG的等值兩區(qū)域系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率波動的復(fù)頻域模型，推導(dǎo)了風(fēng)電機(jī)械功率波動