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目前,大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力,当电网侧发生严重故障时,风电机组的机端电压会降低、转子电流增大以及转速升高,这些因素都有可能导致风电场脱离电网,影响到电网安全稳定运行。因此研究改善风电场电压稳定性的措施成为目前并网风电场中急需解决的问题。
本文对静止无功发生器(SVG)在并网风电场的应用进行了研究,主要内容如下:
(1)基于双馈感应发电机的变速风电机组模型的建立。详细推导了双馈感应发电机的静态和动态数学模型,建立了风力机的空气动力学模型、机械传动系统的轴系模型及功率变频器系统模型,对双馈风力发电机的控制策略做了详细分析,然后通过在DIgSILENT/PowerFactory软件中建立仿真模型,并进行仿真验证。
(2)SVG模型的建立。研究了SVG的工作原理,并对SVG的静态和动态数学模型进行了推导,详细分析了其控制策略,最后在DIgSILENT/PowerFactory软件中建立仿真模型,并进行仿真验证。
(3)电网侧发生故障时并网风电场的动态响应分析。首先对基于SVG的并网风电场进行建模,研究了在电网侧发生故障时(三相短路故障、负荷改变以及电压的突升和跌落),并网风电场安装SVG前后的电压稳定性分析,发生期间以及故障清除后,详细分析了双馈感应风力发电机组的定转子电压、电流、有功功率、无功功率、电磁转矩、发电机转速以及直流侧电容电压等变量的动态响应情况,并分析了响应产生的原因和机理。