【摘要】：隨著大量波動(dòng)性的風(fēng)電功率注入電網(wǎng),使原有系統(tǒng)正常運(yùn)行的穩(wěn)定性受到巨大威脅,這嚴(yán)重阻礙風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展。因此,如何提高風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)穩(wěn)定性,減小風(fēng)電接入對電網(wǎng)沖擊的問題,已成為目前風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文在目前風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和其并網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上,針對雙饋型和定速型兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī),通過數(shù)學(xué)建模對其控制方法及運(yùn)行特性進(jìn)行分析,并對風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性問題進(jìn)行探討并提出其相應(yīng)改善的措施,最后通過建模仿真驗(yàn)證所提改善風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性方法的有效性,取得一系列具有創(chuàng)新性與實(shí)用價(jià)值的研究成果。本文主要研究內(nèi)容歸納如下:1.深入分析了雙饋型和定速型風(fēng)電系統(tǒng)的原理和運(yùn)行特性。通過建立雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在三相靜止及兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,以此分析其常用的控制策略,并提出采用基于定子磁鏈定向矢量控制的控制方法;同時(shí)通過建立背靠背變換器的數(shù)學(xué)模型并對其控制策略進(jìn)行分析,針對網(wǎng)側(cè)變換器提出采用基于電網(wǎng)電壓定向控制的方法。最后通過仿真平臺(tái)分別建立雙饋型和定速型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型,對其在不同工況下所得仿真結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了所提控制方法的有效性和理論分析的正確性。2.對靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM,Static Synchronous Compensator)裝置的原理進(jìn)行了理論分析和建模仿真研究。通過對STATCOM所建立的數(shù)學(xué)模型及電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,由理論分析出其能有效的補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率缺額,最后在仿真平臺(tái)上建立STATCOM直接電流控制的系統(tǒng)單機(jī)無窮大仿真模型,由仿真結(jié)果分析驗(yàn)證了STATCOM在系統(tǒng)無功補(bǔ)償和改善電能質(zhì)量方面有明顯效果。3.針對風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)系統(tǒng)所出現(xiàn)的穩(wěn)定性問題,提出一種采用投入STATCOM裝置與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS,Power System Stabilizer)相配合的STATCOM-PSS控制措施,通過對STATCOM-PSS控制應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析,在仿真平臺(tái)中分別建立雙饋風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型和定速風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型,根據(jù)模擬風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行狀況下的不同情形進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),通過對比分析出雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在故障穿越能力及緩解波動(dòng)風(fēng)電功率注入電網(wǎng)的沖擊方面優(yōu)勢更加明顯,表明雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將在風(fēng)電場工程建設(shè)中應(yīng)用更加廣泛;同時(shí)對僅存在STATCOM、僅存在PSS、存在STATCOM-PSS以及沒有STATCOM-PSS的四種情形所得的仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析和討論,存在STATCOM能為系統(tǒng)提供足夠的無功補(bǔ)償容量,對系統(tǒng)所受故障過程中的電壓穩(wěn)定性有明顯的改善效果,PSS具有阻尼功能,存在PSS能調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的功角穩(wěn)定,緩解系統(tǒng)振蕩。而當(dāng)投入STATCOM-PSS控制時(shí)對這兩種風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性提高的效果更加明顯,能快速恢復(fù)風(fēng)電場并網(wǎng)處的故障電壓,提高風(fēng)電場的故障穿越能力,改善風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
[Abstract]:With a large number of fluctuating wind power injected into the power grid, the stability of the original system is greatly threatened, which seriously hinders the further development of wind power generation. Therefore, how to improve the stability of wind power grid connection and reduce the impact of wind power access to the grid has become a hot topic in the field of wind power generation. Based on the current development of wind power and its grid-connected protocol, this paper analyzes its control method and operation characteristics by mathematical modeling for two kinds of wind power generators: doubly-fed and fixed-speed wind generators. Finally, through modeling and simulation, the effectiveness of the proposed method to improve the stability of wind power grid is verified, and a series of innovative and practical research results are obtained. The main contents of this paper are summarized as follows: 1. The principle and operation characteristics of doubly fed wind power system and constant speed wind power system are analyzed. By establishing the mathematical model of the doubly-fed wind turbine in the three-phase static and two-phase rotating coordinate system, the commonly used control strategies are analyzed, and the control method based on stator flux oriented vector control is proposed. At the same time, by establishing the mathematical model of back-to-back converter and analyzing its control strategy, a voltage oriented control method based on power grid is proposed for grid-side converter. Finally, the simulation models of doubly-fed and fixed-speed wind power grid-connected systems are established by the simulation platform, and the simulation results under different operating conditions are analyzed to verify the validity of the proposed control method and the correctness of the theoretical analysis. 2. The principle of static synchronous compensator (STATCOM,Static Synchronous Compensator) is analyzed theoretically and simulated. By studying the mathematical model and circuit structure established by STATCOM, it is theoretically analyzed that it can effectively compensate the reactive power vacancy of the system. Finally, the infinite simulation model of STATCOM direct current control system is established on the simulation platform. The simulation results show that STATCOM is effective in reactive power compensation and power quality improvement. In view of the stability problem of wind power generation integrated into power grid system, a new STATCOM-PSS control measure is put forward, in which the input STATCOM device is combined with the power system stabilizer (PSS,Power System Stabilizer). By analyzing the application of STATCOM-PSS control in grid-connected wind power system, the simulation model of grid-connected system for double-fed wind power generation and grid-connected system for fixed-speed wind turbine is established in the simulation platform. According to the different conditions in the actual operation of the wind farm, the simulation experiment is carried out. Compared with the constant speed wind turbine, the advantages of doubly-fed wind turbine in fault traversing ability and mitigating the impact of fluctuating wind power injection into the power network are more obvious. The results show that the doubly-fed wind turbine will be widely used in wind farm construction. At the same time, the simulation results of only STATCOM, with PSS, and STATCOM-PSS without STATCOM-PSS are analyzed and discussed in detail. The existence of STATCOM can provide sufficient reactive power compensation capacity for the system. PSS has damping function and PSS can adjust the power angle stability of the system and alleviate the oscillation of the system. When the STATCOM-PSS control is put into use, the stability of the two wind turbines can be improved more obviously, and the fault voltage can be recovered quickly, and the fault traversing ability of the wind farm can be improved. Improve the transient stability and power quality of wind power grid-connected system.
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM614;TM712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2417940