雙饋型風電機組機電時間尺度特性分析及對電力系統(tǒng)機電動態(tài)影響研究.pdf

1、隨著風力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的滲透率逐年提高，特別在我國東北、西北地區(qū)，風力發(fā)電已經(jīng)逐步成為電力系統(tǒng)的主力電源之一。研究其對電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定影響具有重要的理論價值與現(xiàn)實意義。風力發(fā)電機的動態(tài)特性是決定系統(tǒng)動態(tài)行為的核心因素，而控制器是決定設備動態(tài)特性的核心因素。典型風力發(fā)電機由三個時間尺度控制器所控制，不同時間尺度擾動作用下，風力發(fā)電機動態(tài)特性由不同尺度控制器所決定。多時間尺度成為系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定問題的新特征。因此，研究的關鍵在于深入認識風力

2、發(fā)電機。本文改變了過去基于數(shù)學化和結構化的建模方式，提出了基于內(nèi)電勢幅值/相位狀態(tài)與功率輸入、輸出關系的運動方程建模方法。基于該運動方程，著重研究了雙饋風力發(fā)電機機電時間尺度特性及其對電力系統(tǒng)機電時間尺度動態(tài)穩(wěn)定的影響。具體內(nèi)容分為以下幾個方面：
　?。?）介紹了雙饋風力發(fā)電機多時間尺度序貫控制以及雙饋風力發(fā)電機內(nèi)電勢多時間尺度動態(tài)響應的特點，說明了各時間尺度與所對應控制器之間的關系；討論了電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定問題與雙饋風力發(fā)電機多時

3、間尺度動態(tài)特性之間的關系；闡述了大規(guī)模風力發(fā)電機并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)多時間尺度動態(tài)穩(wěn)定問題的內(nèi)涵與挑戰(zhàn)。
　　（2）提出了運動方程的概念，建立了雙饋風力發(fā)電機機電時間尺度的運動方程?？紤]了雙饋風力發(fā)電機不同工作區(qū)控制，忽略直流電壓時間尺度、交流電流時間尺度的動態(tài)，建立了雙饋風力發(fā)電機機電時間尺度的線性化模型。在此基礎上，建立得到了交流端電壓控制模式和無功功率控制模式下的運動方程。通過功率與狀態(tài)之間的關系，闡述了運動方程的物理意義。通過

4、與詳細電磁暫態(tài)模型的時域仿真對比，驗證了運動方程反映雙饋風力發(fā)電機機電時間尺度動態(tài)的有效性和準確性。
　?。?）研究了雙饋風力發(fā)電機慣量的基本特性，通過相位運動方程，得到了雙饋風力發(fā)電機慣量的解析表達式，研究了雙饋風力發(fā)電機在不同鎖相環(huán)參數(shù)、不同工作區(qū)的慣量特性，提出了改變鎖相環(huán)參數(shù)增加系統(tǒng)慣量的方法。提出了含風力發(fā)電的拓展系統(tǒng)頻率動態(tài)分析方法。通過與詳細電磁暫態(tài)模型的時域仿真對比，發(fā)現(xiàn)所提方法能夠很好預測和評估不同雙饋風力發(fā)電機

5、慣量對系統(tǒng)頻率動態(tài)的影響。總結了不同慣量特性對頻率動態(tài)過程的影響規(guī)律。
　?。?）研究了雙饋風力發(fā)電機內(nèi)電勢相位和幅值響應同步發(fā)電機內(nèi)電勢變化的特性，及其對同步發(fā)電機阻尼影響的物理過程與路徑。提出了以風力發(fā)電機內(nèi)電勢不變作為評判對同步發(fā)電機阻尼影響的標準。對比了雙饋風力發(fā)電機無功功率控制模式下與恒功率源的異同點，總結了無功功率控制對同步發(fā)電機阻尼影響的主要因素。在此基礎上，研究和歸納了交流端電壓控制對同步發(fā)電機阻尼的主要影響路徑。