【摘要】：隨著風電場規(guī)模的不斷擴大和風電機組裝機容量的不斷增大,其對電力系統(tǒng)及風電設備本身的安全穩(wěn)定運行帶來了諸多挑戰(zhàn)。我國風電主要以高集中度大規(guī)模的形式開發(fā),風電場多遠離負荷中心,這樣的電能傳輸模式會給風電場和電網之間引入一定的線路阻抗,此時電網被視為弱電網。大規(guī)模風電并網設備會與弱電網之間相互作用、相互影響,使并網系統(tǒng)不穩(wěn)定。對于因系統(tǒng)互聯(lián)而引起的不穩(wěn)定問題,阻抗穩(wěn)定性分析法可以準確分析不穩(wěn)定產生的原因,為并網系統(tǒng)穩(wěn)定性提供解決思路。雙饋風力發(fā)電機作為目前使用最為廣泛的風力發(fā)電機組類型,因此本文針對弱電網條件下雙饋風力發(fā)電機系統(tǒng)穩(wěn)定性問題展開研究,主要內容包括:雙饋電機系統(tǒng)正負序輸出阻抗建模,電網強弱及各種控制參數對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響和虛擬感抗控制器的設計。雙饋異步電機系統(tǒng)的等效輸出阻抗建模是本文研究的重點。本文通過諧波線性化的方法,分別推導出雙饋電機系統(tǒng)網側變換器、電機及轉子側變換器和整個系統(tǒng)的正負序阻抗模型,在建模過程中考慮電機結構、電流調節(jié)器和鎖相環(huán)對阻抗建模的影響,并對輸出阻抗特性進行分析。結合所建立的阻抗模型和奈奎斯特穩(wěn)定判據,分別分析網側變換器、電機及轉子側變換器和雙饋電機并網系統(tǒng)在弱電網下的穩(wěn)定性,研究不同電網阻抗值和控制參數對并網系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,并通過仿真驗證其正確性。針對弱電網情況下的雙饋發(fā)電機并網系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象,采用一種基于虛擬感抗的控制方法。所設計控制器便于實現(xiàn),不需要額外增加傳感器,在不改變控制系統(tǒng)調解器參數和系統(tǒng)工作狀態(tài)的條件下,能夠有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并通過仿真驗證了其有效性。
【圖文】：

圖 1-1 2008-2017 年中國新增并網容量及同比增長而我國風力發(fā)電產業(yè)雖然發(fā)展迅猛，但是在關鍵技術等方面仍與國外存在一定的差距，隨著風電單機裝機容量的不斷增大及其在電力系統(tǒng)占比例的不斷提高，風力發(fā)電對電力系統(tǒng)及設備本身的安全穩(wěn)定運行挑戰(zhàn)，因電網故障或是風電場電氣設備故障而導致的風電機大規(guī)模的常有發(fā)生，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成了極大的影響，并網問題制約我國風電發(fā)展的瓶頸。我國風能資源與電力負荷中心呈逆向分布取大規(guī)模風電“集中式開發(fā)、遠距離輸送”的運營模式，這樣的電能傳輸分布式并網設備和電網之間引入一定的線路阻抗，此時電網不能被視壓源，這種帶有一定內阻的電網稱為“弱電網”[2]。然而在風電機組控制過程中，大多是在理想電網或是并網接入點條件確定的情況下進行的考慮風力發(fā)電機內部控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而在弱電網的條件下，電網并網單元之間會相互作用與影響，引起系統(tǒng)失穩(wěn)，出現(xiàn)諧振現(xiàn)象甚至此，研究在弱電網條件下風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性是很有必要的。

還增大了風力機的損耗。隨著風電控制技術的進步，，大容量在最大風能追蹤點，這是變速恒頻風力發(fā)電技術實現(xiàn)的根本式是指將不同類型的風力發(fā)電機組與現(xiàn)代電力電子變流器進而實現(xiàn)對風力發(fā)電系統(tǒng)轉速的較大范圍的控制。變速恒頻發(fā)恒速恒頻發(fā)電方式更易實現(xiàn)并網操作和穩(wěn)定運行等優(yōu)點，已風電發(fā)電機組中，尤其是兆瓦級以上的風電系統(tǒng)中。速恒頻發(fā)電系統(tǒng)主要包括雙饋異步發(fā)電機（Doubly Fed FIG ） 和 永 磁 同 步 發(fā) 電 機 （ Permanent Magnet SynMSG）兩種類型。這兩種形式的機組由于結構不同，在實現(xiàn)方差異。永磁直驅同步發(fā)電機的控制框圖如圖 1-2 所示，電機通連，與電網沒有直接聯(lián)系，變流器容量與發(fā)電機額定容量相小，電網適應性強。但由于現(xiàn)階段永磁同步電機的運行控制且制造發(fā)電機所需的稀土永磁材料較為稀少和昂貴，發(fā)電機瓦級的風電場中大多數都是用的雙饋異步電機。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM315

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本文編號：2678809