分布式風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定及電能質(zhì)量改善研究.pdf

1、隨著人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展和降低環(huán)境污染的重視,分布式發(fā)電(DG)技術(shù)以其獨(dú)有的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
　　DG中的風(fēng)能受自然條件的影響不能持續(xù)穩(wěn)定地輸出電能,因此風(fēng)電并入電網(wǎng)勢(shì)必對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響,尤其在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)。由于風(fēng)電場(chǎng)多處于偏遠(yuǎn)地區(qū),常接于電網(wǎng)的末端,這會(huì)使并網(wǎng)后系統(tǒng)的潮流發(fā)生改變,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
　　本文圍繞分布式風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的暫態(tài)穩(wěn)定及電能質(zhì)量問(wèn)題,分別從不同風(fēng)力電機(jī)類(lèi)

2、型、儲(chǔ)能系統(tǒng)、微分進(jìn)化(DE)算法、同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近(SPSA)算法、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)以及靈活柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)設(shè)備等方面開(kāi)展了較系統(tǒng)、深入的研究,以探求其更為有效的解決方案。本文的主要研究成果如下:
　　(1)提出基于模糊邏輯控制的超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)(SCESS)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)相結(jié)合的解決方案。為提高能源利用率和改善系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性,常在DG中加入儲(chǔ)能裝置,而使用SCE

3、SS能夠同時(shí)控制有功功率和無(wú)功功率,故它能補(bǔ)償功率波動(dòng);因模糊邏輯器可以有效應(yīng)用于非線性系統(tǒng),它能穩(wěn)定系統(tǒng);其次DFIG可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率,也可以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。為此本文提出采用DC-DC降壓/升壓變換器的模糊邏輯控制和電壓源變流器的脈沖寬度調(diào)制控制相結(jié)合的SCESS-DFIG方案,利用Matlab/Simulink軟件對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了建模仿真分析。研究結(jié)果表明該方案能改善風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
　　(2)提出基

4、于同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近(SPSA)算法的最大風(fēng)能功率追蹤控制策略。為使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在變動(dòng)風(fēng)速下,不受外界干擾,易使風(fēng)力機(jī)保持在最大功率點(diǎn)運(yùn)行,本文提出采用SPSA算法進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤。該算法通過(guò)調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器的工作周期,間接控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在任何風(fēng)速下皆可運(yùn)行在最大功率點(diǎn),從而將最大功率輸出至負(fù)載,并避免實(shí)際運(yùn)行時(shí)使用風(fēng)力計(jì)和轉(zhuǎn)速計(jì)。研究結(jié)果表明無(wú)論風(fēng)速如何變化,SPSA算法皆能有效提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率,并

5、使葉尖速比和效能指數(shù)維持在最佳值附近。
　　(3)提出基于電壓源變流器的靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)和基于同步發(fā)電機(jī)(SG)的PSS相結(jié)合的解決方案。STATCOM并聯(lián)于電網(wǎng)中,相當(dāng)于一個(gè)可控的無(wú)功電流源,其無(wú)功電流可以快速地跟隨負(fù)荷無(wú)功電流的變化而變化,自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)所需無(wú)功功率,對(duì)電網(wǎng)無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。但當(dāng)電力系統(tǒng)中沒(méi)有勵(lì)磁控制器時(shí),即使增加STATCOM系統(tǒng)也不一定能保持穩(wěn)定,故可考慮在同步發(fā)電機(jī)上配置PSS并

6、對(duì)其參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。為保證風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量不降低,本文提出研究使用STATCOM-PSS控制方案來(lái)改善并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的電能質(zhì)量和故障穿越能力。研究結(jié)果表明STATCOM-PSS控制策略能有效恢復(fù)風(fēng)電并入點(diǎn)故障后的電壓,提高風(fēng)電場(chǎng)的故障穿越能力,改善風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電能質(zhì)量。
　　(4)提出基于微分進(jìn)化(DE)法的AVR-PSS協(xié)同控制策略。為解決風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題,本文從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)

7、,考慮在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的SG中安裝PSS。但PSS以犧牲AVR為代價(jià)來(lái)提供阻尼和振蕩穩(wěn)定性,AVR以犧牲魯棒性振蕩穩(wěn)定來(lái)提供暫態(tài)穩(wěn)定性,因此要獲得系統(tǒng)較好電壓調(diào)節(jié)和振蕩阻尼,AVR和PSS的同步調(diào)節(jié)是必需的。為此本文提出利用DE算法來(lái)解決SG中AVR和PSS參數(shù)的最優(yōu)調(diào)節(jié)問(wèn)題,并利用仿真軟件在有、無(wú)PSS以及是否使用DE算法的各種情況下對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究分析,研究結(jié)果表明基于DE算法的AVR-PSS的協(xié)同調(diào)節(jié)能改善風(fēng)電并網(wǎng)

8、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(5)提出基于DFIG-FMAC-PSS的控制策略。針對(duì)含有風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng),在SG的AVR中安裝PSS的解決方案可能不再提供額外阻尼,若裝有這些裝置的SG被切斷來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力,其阻尼作用明顯喪失。為此本文考慮在DFIG裝設(shè)PSS,提出了DFIG轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和相角控制(FMAC)加PSS的另一種控制方案。選用DFIG定子電功率作為PSS輸入信號(hào),通過(guò)調(diào)節(jié)DFIG轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆岛拖嘟菍?duì)發(fā)電機(jī)的端電壓和輸出功率進(jìn)行控