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含风电场电力系统的小干扰稳定性分析

作　者: 李桂红
导　师: 韩肖清
学　校: 太原理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风电场小干扰稳定阻尼特性区域间振荡 MATLAB
分类号: TM712
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 202次
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内容摘要

电力系统小干扰稳定不仅是保证电力系统安全、稳定运行的重要内容,也是影响电网互联的关键因素。风力发电因为其清洁、储量丰富、可再生等优点,在现代电力系统中占有越来越高的比例,因此对风电场接入电力系统的小干扰稳定性及阻尼特性的分析成为一个新的课题。本文首先分析了含风电机组的简单系统的振荡模式,在此基础上分析了含风电机组的复杂电力系统的小干扰稳定性。主要研究内容和成果如下：(1)利用MATLAB/SIMULINK软件建立了风电机组机械系统模型,包括风力机模型、轴系模型及桨距角控制模型,并推导了用于小干扰稳定分析的线性化状态方程；建立了异步发电机、双馈感应发电机的线性化动态方程；建立了双馈风电机组变频器及其控制系统模型的线性化状态方程。(2)利用MATLAB/SIMULINK软件建立了含异步风电机组、双馈感应风电机组的简单系统模型,并得到了用于小干扰稳定性分析的线性化方程,用特征值分析方法研究两种系统的振荡模式,并计算了各个振荡模式的参与因子。结果表明两种类型风电机组构成的系统存在共同点：含两种类型风电机组的系统都存在振荡模式和衰减模式,而且振荡模式具有较好的阻尼,表现为振荡衰减的动态品质较好；也有区别：两种情况下决定振荡模式的状态变量不相同。对于含异步风电机组的简单系统,通过改变风电机组出力和外接电抗两种方式研究了系统的振荡模式和阻尼比的变化,结果表明：上述两个参数变化时,影响振荡模式的主要因素都是发电机转子的转差率和暂态电势的q轴分量,而且风电机组出力变化和外接电抗变化对系统的振荡模式和阻尼比影响都很小,即对小干扰稳定性影响很小。对于含双馈风电机组的简单系统,低频振荡模式主要由发电机的转差率和暂态电势的d轴分量决定；对振荡频率稍高的振荡模式起主要作用的状态变量是发电机暂态电势、定子侧有功功率差值、电压差值；频率最高的振荡模式主要由变频器控制系统的参数决定。对于衰减模式,起主要作用的状态变量有直流环节的电压、网侧电流、桨距角、转子侧电流。即双馈风电机组接入系统的低频振荡主要是由发电机转子运动和暂态电势决定的。(3)在对单机对无穷大系统分析研究的基础上,从风电机组接入系统的位置和出力两个方面分析了两种类型风电机组接入3机9节点系统后对系统小干扰稳定性的影响。计算结果表明,两种情况下,风电机组出力对振荡模式的影响比风电机组接入位置的影响要大,而且对区域间振荡模式的影响比局部振荡模式的影响大。对于异步风电机组,接入系统前后,系统振荡模式的频率基本不变,但接入后会使所有振荡模式的阻尼比增大,而且阻尼比随着风电机组出力增大而增大,这种趋势对区域间振荡模式的影响比较明显,即在一定范围内,异步风电机组出力越大越有利于系统的小干扰稳定。对于双馈风电机组,接入系统前后,系统振荡模式的频率也基本不变,但接入后会使所有振荡模式的阻尼比降低,而且阻尼比随着风电机组出力的增大而减小,这种趋势也对区域间振荡模式的影响比较明显。即在一定范围内,双馈风电机组出力越多越不利于系统的小干扰稳定性。(4)在对简单系统和复杂系统的计算分析基础上,采用了在一定范围内增大并联电容器组的容量的措施,结果表明,增加并联电容器组的容量后可以使两种系统的区域间振荡模式的阻尼比增大,即有利于系统的小干扰稳定。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题研究的目的和意义  12-13
  1.2 风力发电发展概述  13-15
  1.3 电力系统小干扰稳定性分析的主要内容  15-16
  1.4 含风电场电力系统的小干扰稳定性研究现状  16-20
    1.4.1 风电机组模型的研究  16-18
    1.4.2 简单风力发电系统分析  18
    1.4.3 含风电机组的复杂电力系统分析  18-19
    1.4.4 改善措施  19-20
  1.5 本论文的主要内容和结构  20-22
第二章小干扰稳定性分析基础  22-36
  2.1 电力系统小干扰稳定分析的定义  22-23
  2.2 小干扰稳定性研究方法  23-25
    2.2.1 特征值分析法  24
    2.2.2 数值仿真法  24
    2.2.3 频域分析法  24-25
    2.2.4 非线性理论分析法  25
  2.3 特征值分析法  25-32
    2.3.1 特征矩阵的特征行为  28-31
    2.3.2 特征值的计算方法  31-32
  2.4 小干扰稳定性分析的步骤  32
  2.5 多机系统的小干扰稳定性  32-34
  2.6 本章小结  34-36
第三章常规电力系统数学模型及风电机组机械系统模型  36-44
  3.1 同步发电机  36-38
  3.2 励磁系统  38-39
  3.3 电力系统稳定器(PSS)  39-40
  3.4 风电机组机械系统模型  40-43
    3.4.1 风力机能量转换原理  40-41
    3.4.2 风轮机系统数学模型  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章含风电机组简单系统的小干扰稳定性分析  44-70
  4.1 基于普通异步发电机的简单系统分析  44-53
    4.1.1 异步发电机模型  44-46
    4.1.2 无穷大系统模型  46-49
    4.1.3 简单系统分析  49-53
  4.2 基于双馈感应电机的简单系统分析  53-67
    4.2.1 双馈感应电机模型  53-56
    4.2.2 传动系统模型  56-57
    4.2.3 变频器模型  57-58
    4.2.4 控制器模型  58-60
    4.2.5 桨距角控制  60-61
    4.2.6 无穷大系统模型  61-62
    4.2.7 小干扰稳定分析模型  62-65
    4.2.8 简单系统分析  65-67
  4.3 本章小结  67-70
第五章含风电场的电力系统小干扰稳定性  70-88
  5.1 引言  70
  5.2 复杂系统模型  70-75
    5.2.1 不含风电机组系统  70-73
    5.2.2 系统中含有风电机组  73-75
  5.3 电力系统的振荡分析  75
  5.4 算例分析  75-84
    5.4.1 加入异步风电机组  76-80
    5.4.2 加入双馈风电机组  80-84
  5.5 改善措施  84-86
    5.5.1 普通异步发电机  84-85
    5.5.2 双馈感应发电机  85-86
  5.6 本章小结  86-88
第六章总结与展望  88-90
  6.1 全文总结  88-89
  6.2 工作展望  89-90
参考文献  90-94
致谢  94-96
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  96

含风电场电力系统的小干扰稳定性分析

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