目前以中國為首的全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅猛,大量風(fēng)力發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。在中國,雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)(double-fed inductiongenerator,DFIG)作為風(fēng)電市場主導(dǎo)機(jī)型在實(shí)際工程中以大規(guī)模風(fēng)電場的形式得到了廣泛地應(yīng)用。在電網(wǎng)故障情況下,雙饋風(fēng)電場中風(fēng)機(jī)具有不同于同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)運(yùn)行與調(diào)控特性。其中,對于有功暫態(tài)行為與控制,我國《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》做出相關(guān)要求:自事故清除時(shí)刻開始,未被切除風(fēng)電場有功應(yīng)以10%額定功率/秒或以上的速率恢復(fù)至故障前的值。當(dāng)大規(guī)模雙饋風(fēng)電場接入電網(wǎng)后,其故障后有功功率因恢復(fù)行為可能在暫態(tài)功角首擺過程結(jié)束后仍持續(xù)改變系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的電磁功率,進(jìn)而嚴(yán)重影響其轉(zhuǎn)子角運(yùn)動軌跡,形成復(fù)雜的失穩(wěn)現(xiàn)象。這對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出新的挑戰(zhàn)。因此,開展雙饋風(fēng)電場對暫態(tài)穩(wěn)定影響機(jī)理及控制策略研究具有重要理論與實(shí)際意義。本文從我國《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》以及風(fēng)電場實(shí)測數(shù)據(jù)出發(fā),結(jié)合雙饋風(fēng)機(jī)控制及風(fēng)電場暫態(tài)模型,深入探究系統(tǒng)側(cè)故障清除后期間雙饋風(fēng)電場有功控制(下文簡稱故障后雙饋風(fēng)電場有功控制)特別是有功恢復(fù)控制對暫態(tài)功角失穩(wěn)的影響,揭示相應(yīng)的暫態(tài)功角失穩(wěn)模式,并提出兩種改善控制策略。主要研究內(nèi)容歸納如下:介紹雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制與暫態(tài)特性,詳細(xì)說明電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定問題與雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)特性的關(guān)系�；诖�,闡述暫態(tài)功角穩(wěn)定分析中雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模的兩個(gè)主要方式(機(jī)理建模與非機(jī)理建模)以及它們的適用性。最后,給出適合本文暫態(tài)功角失穩(wěn)分析的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)電場暫態(tài)模型。同時(shí),為后續(xù)研究中雙饋風(fēng)電場利用方式提供理論依據(jù)。揭示故障后雙饋風(fēng)電場有功控制對暫態(tài)功角前兩擺失穩(wěn)影響機(jī)理。利用擴(kuò)展等面積定則與雙饋風(fēng)電場暫態(tài)模型,構(gòu)建適合分析含雙饋風(fēng)電多機(jī)系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性的等值單機(jī)無窮大(one machine infinite bus,OMIB)系統(tǒng)模型;利用該模型對雙饋風(fēng)電場與兩臺同步機(jī)互聯(lián)的簡化系統(tǒng)進(jìn)行分析,揭示故障后風(fēng)電場有功出力低會增加第二擺失穩(wěn)可能性;進(jìn)一步分析風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中功角第二擺失穩(wěn)與首擺失穩(wěn)的關(guān)系,從整體上揭示風(fēng)電場有功恢復(fù)速率變慢會使原本只有可能出現(xiàn)首擺失穩(wěn)的系統(tǒng)有可能發(fā)生首擺不失穩(wěn)而第二擺失穩(wěn)的現(xiàn)象,并最終導(dǎo)致系統(tǒng)整體穩(wěn)定性下降的影響機(jī)理;最后通過數(shù)值仿真對機(jī)理分析進(jìn)行驗(yàn)證。所做研究拓展了當(dāng)前風(fēng)電并網(wǎng)后只關(guān)注首擺失穩(wěn)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性分析方法。進(jìn)一步拓展失穩(wěn)問題研究,揭示雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)控制對系統(tǒng)暫態(tài)功角全過程失穩(wěn)影響機(jī)理�；诟鲾[次失穩(wěn)現(xiàn)象及其它們之間的關(guān)系,揭示雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)控制對系統(tǒng)暫態(tài)功角首擺以及多擺失穩(wěn)的影響。研究表明,雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)控制加劇了首擺與奇數(shù)多擺的失穩(wěn)可能性,同時(shí)削弱了偶數(shù)多擺的失穩(wěn)可能性。進(jìn)一步分析雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)速率對系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的影響,并提出相應(yīng)的暫態(tài)功角失穩(wěn)模式。當(dāng)大規(guī)模雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)速率因不同控制策略被設(shè)置為從快到慢等不同速率值時(shí)(假設(shè)在每種控制策略下恢復(fù)速率恒定),在相應(yīng)順序場景下,系統(tǒng)會出現(xiàn)三種失穩(wěn)模式(其臨界失穩(wěn)分別為首擺失穩(wěn)、奇數(shù)多擺失穩(wěn)以及第二擺失穩(wěn))。最后通過數(shù)值仿真對所揭示機(jī)理進(jìn)行驗(yàn)證。研究成果進(jìn)一步拓展了風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性分析范圍,為制定考慮系統(tǒng)暫態(tài)功角全過程失穩(wěn)的風(fēng)電場暫穩(wěn)控制策略提供了理論支撐。針對風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)新問題,提出改善系統(tǒng)暫態(tài)功角全過程穩(wěn)定性的雙饋風(fēng)電場有功控制策略。利用雙饋風(fēng)電場對暫態(tài)功角失穩(wěn)影響機(jī)理,提出改善系統(tǒng)暫態(tài)功角全過程穩(wěn)定性的雙饋風(fēng)電場有功控制原則�？刂浦芷诒辉O(shè)計(jì)為3個(gè)階段,風(fēng)電場有功恢復(fù)速率建議在第1階段盡量大,在第2階段盡量小。此外,在第3階段中,應(yīng)調(diào)整其大小以維持系統(tǒng)故障后穩(wěn)定狀態(tài)。為滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求,采用“在線預(yù)算”和“實(shí)時(shí)匹配”方案,提出故障后雙饋風(fēng)電場有功功率控制策略,對控制策略步驟和詳細(xì)參數(shù)計(jì)算進(jìn)行說明。最后通過數(shù)值仿真驗(yàn)證所提出的控制策略的有效性與全面性。所提原則能為制定雙饋風(fēng)電場暫穩(wěn)控制策略提供更直接清晰的指導(dǎo)和參考,所提策略具有良好的實(shí)際工程應(yīng)用潛力。進(jìn)一步優(yōu)化暫穩(wěn)控制方案,通過協(xié)調(diào)控制同步機(jī)切機(jī)和故障后雙饋風(fēng)電場有功功率,提出可以提高暫態(tài)功角穩(wěn)定性與控制成本經(jīng)濟(jì)效益的雙饋風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制策略。分析各協(xié)調(diào)控制量對系統(tǒng)暫態(tài)功角各擺次穩(wěn)定性的作用,提出雙饋風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制原則。雙饋風(fēng)電場控制周期被設(shè)計(jì)為6個(gè)階段,給出每個(gè)階段故障后有功功率建議值,以改善系統(tǒng)前五擺穩(wěn)定性以及維持故障后穩(wěn)定狀態(tài)。為了減少同步機(jī)切機(jī)量,僅當(dāng)風(fēng)電場控制效果不足時(shí),同步機(jī)才會切機(jī)以避免失穩(wěn)。為滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求,采用“在線預(yù)算”和“實(shí)時(shí)匹配”方案,提出暫態(tài)穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制策略,對控制策略步驟和詳細(xì)參數(shù)計(jì)算進(jìn)行說明。最后在三種不同故障嚴(yán)重條件下進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果顯示,與傳統(tǒng)雙饋風(fēng)電場控制或同步機(jī)切機(jī)控制相比,協(xié)調(diào)控制具有更好的功角穩(wěn)定性改善效果和更低的控制成本(更少的同步機(jī)切機(jī)量)。所提原則能為雙饋風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)暫穩(wěn)控制策略提供更直接清晰的指導(dǎo)和參考,所提策略具有良好的實(shí)際工程應(yīng)用潛力。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM614;TM712
【部分圖文】：

紀(jì)九十年代以來，以風(fēng)力發(fā)電為代表的新能源發(fā)電技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了突??飛猛進(jìn)的發(fā)展［３，４］。依據(jù)全球風(fēng)能理事會（Ｇｌｏｂａｌ?Ｗｉｎｄ?Ｅｎｅｒｇｙ?Ｃｏｕｎｃｉｌ，ＧＷＥＣ）??發(fā)布的２０１７年全球風(fēng)電發(fā)展報(bào)告［５］，圖１－１展示出２００８年至２０１７年全球每年??新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量。??６０００００????■新增裝機(jī)容量?５３９１２３??５〇〇〇〇〇?■累計(jì)裝機(jī)容置?４８７２７９??４３２６８０??＾?４０００００?３６９８６２??Ｓ?３１８６９７??＾?３０００００?２８２８５０??１?００?００?，２〇．?ｆ?｜?１?Ｉ?｜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??￣?２６?ｊ?３８￡｜?３￡｜?４〇１｜３￡｜?３６．３｜．｜｜?１１＾１＾１??２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７?年份??圖１－１全球每年新增及累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量??Ｆｉｇ．?１－１?Ｇｌｏｂａｌ?ａｎｎｕａｌ?ａｎｄ?ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｗｉｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｙ??對于全球各國來說，目前中國仍是風(fēng)電發(fā)展的領(lǐng)頭羊，緊隨其后的是美國、??德國、印度、西班牙等國家。截止至２０１７年底，全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量前十名??的國家及其數(shù)據(jù)如圖１－２所示。值得一提的是，其中中國累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)??到１８８３９２ＭＷ，占全球累計(jì)風(fēng)電容量總量的３５％。此外，前十名國家累計(jì)風(fēng)電??裝機(jī)容量的總和為４５６７３２ＭＷ，占全球累計(jì)風(fēng)電總裝機(jī)容量的８５％。??總的來說，由于風(fēng)力發(fā)電具有成熟的技術(shù)與商業(yè)利用價(jià)值，已被世界各國??當(dāng)作替代化石能源的有效供能手段

占比１０％?占比１７％??圖１－２截至２０１７年底全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量前十名的國家??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｏｐ?１０?ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ９?ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｗｉｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ａｔ?Ｄｅｃ?２０１７??中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)雖起步較晚，但自２００４年起發(fā)展迅猛。隨著累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容??量的日益擴(kuò)大，我國于２０１０年底首次超過美國，躍居成為全球第一的風(fēng)電裝機(jī)??大國。截止至２０１７年底，我國累計(jì)風(fēng)電容量己經(jīng)是第二名美國的２倍。依據(jù)中??國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［６］，我國（除港、澳、臺地區(qū)外）??２００８年至２０１７年新增及累計(jì)風(fēng)電容量如圖１－３所示。??２０００００?ｉｏｏ－３ｑｎ??１８００００?■?－ｍ??１?■累計(jì)裝機(jī)容量?ｌ３０??１６００００??１?丨４５３６０??＿?１４００００??｜?１２００００?１Ｈ６１０??ｇ?１０００００?９１４１０??＾?８００００?７５３２〇??＊?—?—？＿■■■■■??：：Ｉ２￡｜?＾ｏｌｌｌ３ｌ｜ｌ｜＾ｌｌ??２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７?年份??圖１－３中國每年新增及累計(jì)裝機(jī)風(fēng)電容量??Ｆｉｇ．?１－３?Ａｎｎｕａｌ?ａｎｄ?ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｗｉｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??２〇〇８年至２０１０年，全國每年新增風(fēng)電容量呈穩(wěn)健增長態(tài)勢。雖然在２０１１??年２０１３年新增速率較緩慢

對控制策略步驟和詳細(xì)參數(shù)計(jì)算進(jìn)行說明。最后通過數(shù)值仿真驗(yàn)證所提出的控??制策略的有效性。??論文總體框架如圖１－４所示。??雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)控制對系統(tǒng)暫態(tài)??穩(wěn)定的影響機(jī)理及控制策略????１???影響機(jī)理?控制策略??Ｉ?Ｉ—?Ｉ?一＾＝＾??第３章?第４章?第５章?第６章??故陣：后雙饋風(fēng)電場有功?雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)控?改善系統(tǒng)暫態(tài)功角全?雙饋風(fēng)電并網(wǎng)系??控制對暫態(tài)功角前兩擺?制對系統(tǒng)暫態(tài)功角全過?過程穩(wěn)定性的雙饋風(fēng)?統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定協(xié)調(diào)??失穩(wěn)影響機(jī)理?程失穩(wěn)影響機(jī)理?電場有功控制策略?控制策略??圖１－４論文研宄內(nèi)容的整體框架??Ｆｉｇ．?１－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｐａｐｅｒ??以“了解新事物，初探新問題，進(jìn)一步探究新問題，提出解決方案，進(jìn)一??步優(yōu)化解決方案”這種遞進(jìn)式科學(xué)研究思路，對論文各章節(jié)內(nèi)容安排如下：??第２章：介紹雙饋風(fēng)電發(fā)電機(jī)控制，給出雙饋風(fēng)電發(fā)電機(jī)與風(fēng)電場暫態(tài)模??型。??第３章：建立含雙饋風(fēng)電多機(jī)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析模型，揭示故障后雙??饋風(fēng)電場有功控制對暫態(tài)功角前兩擺失穩(wěn)影響機(jī)理。??第４章：進(jìn)一步拓展第３章失穩(wěn)問題研究，揭示雙饋風(fēng)電場有功恢復(fù)控制??對系統(tǒng)暫態(tài)功角全過程失穩(wěn)影響機(jī)理。??第５章：根據(jù)第４章暫態(tài)失穩(wěn)問題的研究成果，提出改善系統(tǒng)暫態(tài)功角全??過程穩(wěn)定性的雙饋風(fēng)電場有功控制策略。??第６章：通過協(xié)調(diào)控制同步機(jī)切機(jī)和雙饋風(fēng)電場有功功率，提出可以同時(shí)??提高各擺次穩(wěn)定性與控制成本經(jīng)濟(jì)效益的雙饋風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定協(xié)
【參考文獻(xiàn)】

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1 韓賢歲;劉其輝;;雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器模型簡化研究[J];電測與儀表;2015年23期

2 湯蕾;沈沉;張雪敏;;大規(guī)模風(fēng)電集中接入對電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性的影響(二):影響因素分析[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年16期

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6 潘學(xué)萍;張弛;鞠平;吳峰;金宇清;張?jiān)?;風(fēng)電場同調(diào)動態(tài)等值研究[J];電網(wǎng)技術(shù);2015年03期

7 訾鵬;周孝信;田芳;安寧;侯俊賢;張石;陶向宇;;雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)電暫態(tài)建模[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年05期

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9 楊濛濛;郭雷;王春華;高培生;黃民翔;;基于改進(jìn)支路暫態(tài)能量函數(shù)的風(fēng)電并網(wǎng)暫態(tài)最優(yōu)切機(jī)控制[J];電力系統(tǒng)保護(hù)與控制;2014年18期

10 趙靚;;中國整機(jī)商雙饋型風(fēng)電機(jī)組市場趨勢統(tǒng)計(jì)分析[J];風(fēng)能;2014年08期

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3 于強(qiáng);雙饋型風(fēng)電機(jī)組接入對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的影響[D];中國電力科學(xué)研究院;2013年

本文編號：2879505