并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析研究.pdf

1、隨著石化能源逐漸枯竭以及全球生態(tài)環(huán)境的惡化,再生能源的研究和利用已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn),目前世界各國都在投入巨資大力研究和利用風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。風(fēng)能作為一種常見的再生能源潔凈無污染、取之不盡、用之不竭,使得風(fēng)力發(fā)電成為最具商業(yè)化發(fā)展前景的新能源發(fā)電方式之一,將在改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)社會(huì)和國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)和諧發(fā)展方面發(fā)揮突出的作用。風(fēng)電的迅猛發(fā)展,在電網(wǎng)中所占的比例日益提高,使風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電必將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響,尤其對(duì)

2、整個(gè)電網(wǎng)的頻率和穩(wěn)定性的影響。因此采取哪些有利措施保證并網(wǎng)后,電網(wǎng)能安全、穩(wěn)定地運(yùn)行則是要深入研究和解決的問題。
　　 基于以上原因,本文研究了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性影響的問題,對(duì)常見的兩大類——恒速恒頻和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、三種類型——異步感應(yīng)電機(jī)、直驅(qū)永磁同步電機(jī)和雙饋異步感應(yīng)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后的小擾動(dòng)穩(wěn)定性以及在增加輔助頻率控制環(huán)節(jié)后,風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的問題進(jìn)行了深入的研究;利用Matlab建模,

3、對(duì)三種類型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過時(shí)域仿真分析,驗(yàn)證了提出的小擾動(dòng)穩(wěn)定分析方法的正確性,取得了一些有意義的成果。
　　 對(duì)于含有異步感應(yīng)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)而言,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在發(fā)出有功功率的同時(shí),還需從電網(wǎng)吸收一定的無功功率勵(lì)磁,而無功功率與感應(yīng)電機(jī)的機(jī)端電壓有關(guān),但機(jī)端電壓事先無法確定,它與電機(jī)滑差密切關(guān)聯(lián),沒有考慮異步發(fā)電機(jī)自身的特性,不能將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡單地看做PQ或PV節(jié)點(diǎn)。簡化RX迭代模型將風(fēng)電機(jī)組等效以滑差為變量的阻抗,能較

4、好地反映含異步電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組的輸出特性。本文采用簡化RX迭代模型,通過求解常規(guī)潮流迭代和滑差迭代形成的修正擴(kuò)展方程得到穩(wěn)態(tài)值,既減少了迭代次數(shù),又保留了牛頓法平方收斂性。并在此基礎(chǔ)上,分析了參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)特征值的影響。要保證系統(tǒng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性,應(yīng)盡可能采取各種有利措施:線路電感不宜過大、母線電壓適當(dāng)可提高;采用分組投切的電容器或無功補(bǔ)償裝置,提供足夠的無功補(bǔ)償來維持電壓的穩(wěn)定;電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的電感和電阻值要盡可能的小,既可降低損耗,提高效

5、率,又可增強(qiáng)穩(wěn)定性;為加快電壓環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),直流電容取值不宜過大;當(dāng)風(fēng)速過大時(shí),應(yīng)增加槳距角調(diào)節(jié),濾除多余的風(fēng)能以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定;為保證調(diào)節(jié)的快速性,槳距角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)時(shí)間常數(shù)不宜過大。
　　 對(duì)直驅(qū)型永磁同步電機(jī)和雙饋異步感應(yīng)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),研究了功率控制策略。額定風(fēng)速以下,采用基于葉尖速比(TSR)的最大功率點(diǎn)追蹤控制策略,在任一風(fēng)速下,風(fēng)能的利用效率達(dá)到最大,使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出最大功率;額定風(fēng)速以上,采用變槳距恒功率控制,

6、防止風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率超越其極限,保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。理論分析表明,在較大的風(fēng)速變化區(qū)間內(nèi),系統(tǒng)均能保持小擾動(dòng)穩(wěn)定性,能夠?qū)崿F(xiàn)不同風(fēng)速下的功率調(diào)節(jié)。同時(shí)在小擾動(dòng)分析的過程中考慮負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型的影響,更好地反映電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況。
　　 借助微網(wǎng)中微電源控制器的下垂特性原理,針對(duì)直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了網(wǎng)側(cè)變換器基于下垂特性的控制方案,研究了頻率、幅值下垂特性以及參數(shù)變化對(duì)直驅(qū)型永磁風(fēng)電系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的影響

7、。理論分析表明,幅值和頻率下垂特性對(duì)系統(tǒng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性影響很大,要保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,下垂特性系數(shù)不宜過大,仿真結(jié)果很好的驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過電力電子接口技術(shù)與電網(wǎng)相連,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力機(jī)組的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)間的解耦,使風(fēng)電機(jī)組無法像常規(guī)發(fā)電機(jī)組那樣主動(dòng)參與電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)。隨著風(fēng)電穿透功率的增大,風(fēng)電輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)頻率將產(chǎn)生顯著影響。本文研究了直驅(qū)永磁型和雙饋異步機(jī)風(fēng)電機(jī)組在增加輔助調(diào)頻