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风电与抽水蓄能互联系统稳定与控制

作　者: 陈志强
导　师: 王宝华
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 风电 抽水蓄能 特征值分析 静态稳定 暂态稳定 线性最优控制 滑模变结构控制
分类号: TV743
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在风能资源利用中,由于风力发电机组的运行特性,风电比重的上升会带来电网的调峰、调频压力增大,电网无功负担加重,引起电压波动,电网长距离送电技术要求和电网运行成本增大等影响,而抽水蓄能电站具有对负荷变化反应快速、调节灵活,调峰、填谷、调频、调相和事故备用的运行性能好等优越性。因此将风电与抽水蓄能互联系统协调运行能间接地将风电接入电网,或将多余的风电转换成水能存蓄起来,提高风能利用率的同时降低大比重风电对电网稳定性的影响,使风能资源得到最大化的开发利用。论文针对风电与抽水蓄能互联系统的稳定与控制在下面几个方面展开了研究：首先简要阐述了风电与抽水蓄能互联系统研究背景、意义和基本概念,并对目前国外和国内学者对风电与抽水蓄能互联系统的研究现状做了重点介绍。其次,对风电与抽水蓄能互联系统数学模型和含风电电力系统的潮流计算进行了研究。风力发电机组数学模型分别对风力机、轴系、桨距角控制、异步发电机进行了建模,抽水蓄能系统数学模型则分别针对其发电工况和抽水工况进行了建模。接着,分别针对含有风电的无穷大系统、风电与抽水蓄能互联系统发电工况和抽水工况稳定性进行了详尽的小干扰特征值和状态变量参与因子分析,以评估风电机组对电力系统稳态运行的影响程度。在稳定分析中也针对风电接入电力系统后的静态稳定和暂态稳定性能,根据非线性数学模型进行单风电无穷大系统、风电与抽水蓄能互联系统发电工况和抽水工况在风速变化和网络故障情况下的时域仿真分析,以研究风电与抽水蓄能互联系统对电力系统稳定运行的动态影响。最后,针对单风电无穷大系统桨距角,风电与抽水蓄能互联系统单桨距角控制和桨距角水门同时控制,利用线性最优控制理论和滑模变结构控制理论分别设计了桨距角和桨距角水门控制器,并仿真验证了两种控制器对于风速变化和短路故障皆具有良好的稳定控制性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
图表目录  9-11
1 绪论  11-17
  1.1 研究的背景与意义  11-12
  1.2 风电与抽水蓄能互联系统概述  12-13
    1.2.1 风电特性和蓄能技术  12-13
    1.2.2 风电与抽水蓄能互联系统优势  13
  1.3 风电与抽水蓄能互联系统研究现状  13-15
  1.4 论文的主要工作  15-17
2 风电与抽水蓄能互联系统数学模型  17-25
  2.1 风力发电机组数学模型  17-22
    2.1.1 风力机模型  17-19
    2.1.2 轴系模型  19-20
    2.1.3 桨距角控制模型  20
    2.1.4 异步发电机模型  20-22
    2.1.5 风力发电机群模型  22
  2.2 抽水蓄能系统数学模型  22-25
    2.2.1 发电工况模型  22-24
    2.2.2 抽水工况模型  24-25
3 风电与抽水蓄能互联系统小干扰稳定分析  25-44
  3.1 含有风电的电力系统潮流计算  25-27
  3.2 小干扰特征值分析方法  27-29
  3.3 电力系统低频振荡  29-30
  3.4 单风电无穷大系统特征值分析  30-34
    3.4.1 单风电无穷大系统线性化  30-32
    3.4.2 单风电无穷大系统算例  32-34
  3.5 风电与抽水蓄能互联系统特征值分析  34-44
    3.5.1 风电与抽水蓄能互联系统线性化  34-39
    3.5.2 风电与抽水蓄能互联系统算例  39-44
4 风电与抽水蓄能互联系统稳定仿真  44-52
  4.1 单风电无穷大系统稳定仿真  44-46
    4.1.1 静态稳定  44-45
    4.1.2 暂态稳定  45-46
  4.2 风电与抽水蓄能互联系统静态稳定  46-49
    4.2.1 发电工况  46-48
    4.2.2 抽水工况  48-49
  4.3 风电与抽水蓄能互联系统暂态稳定  49-52
    4.3.1 发电工况  49-50
    4.3.2 抽水工况  50-52
5 风电与抽水蓄能互联系统控制  52-77
  5.1 风电与抽水蓄能互联系统线性最优控制  52-65
    5.1.1 线性最优控制理论  52-54
    5.1.2 单风电无穷大系统桨距角线性最优控制  54-56
    5.1.3 风电与抽水蓄能互联系统桨距角线性最优控制  56-60
    5.1.4 风电与抽水蓄能互联系统桨距角与水门线性最优控制  60-65
  5.2 风电与抽水蓄能互联系统滑模变结构控制  65-76
    5.2.1 滑模变结构控制理论  65-67
    5.2.2 单风电无穷大系统桨距角滑模变结构控制  67-69
    5.2.3 风电与抽水蓄能互联系统桨距角滑模变结构控制  69-72
    5.2.4 风电与抽水蓄能互联系统桨距角和水门滑模变结构控制  72-76
  5.3 小结  76-77
6 总结  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-84
附录  84

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水能利用、水电站工程 > 各种水电站 > 抽水蓄能水电站
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