含风力发电的电力系统低频振荡研究

• 作 者: 王深哲
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 低频振荡 电力系统 风力发电

风力发电是当今应用最为成熟的可再生能源发电方式。随着相关技术的不断发展，风电在电网中所占的比重不断增加。风电具有随机性、波动性等不同于传统发电形式的特点，风电大规模接入高压输电网络会给电力系统的安全稳定、调度运行等诸多方面带来很大的影响。因此迫切需要开展新的研究来分析风电给电网带来的诸多问题。　　
本文主要针对低频振荡这一类稳定问题进行研究。风电的大规模接入会对系统的低频特性产生影响，风电出力的波动性和随机性也对系统的低频振荡稳定性提出了更高的要求。现今系统的低频振荡研究大多局限于传统的系统结构，包含风电系统的研究还处于发展阶段。　　
本文建立了完备的双馈型风力电场动态模型及包含风电场的全系统模型，采用特征值分析法和时域仿真法对系统的低频振荡特性进行分析，并互相验证结果正确性。　　
本文的主要内容为：　　
（1）建立了风力发电系统的动态模型。对双馈感应风力发电机在同步旋转参考坐标系下的静态和动态模型进行了推导，对风电机组的空气动力学模型、机械传动系统的轴系模型及桨距角控制模型进行了建模分析；最后给出了基于双馈感应发电机的变速恒频风电机组的总体模型结构。　　
（2）对基于双馈风力发电机的变速风电机组控制系统进行了建模分析和研究。推导了双馈风力发电机转子侧变频器及电网侧变频器的解耦控制原理；给出了双馈风电机组的控制系统模型、双馈电机转子侧及电网侧变频器控制器模型，同时也给出了风力机控制系统模型。　　
（3）基于MATLAB设计实现了含风电场接入的多机系统特征值分析软件。采用特征值分析法进行系统的低频振荡特性分析。建立了风力发电系统的线性化模型，与系统其余元件接口组成全系统线性化模型，分析不同风机接入情况下的系统特征根变化情况。通过机电回路相关比、相关因子、阻尼比等探讨各振荡模式变化的机理。　　
（4）基于MATLAB设计实现了含风电场的系统低频振荡时域仿真软件。对双馈风机接入后的系统进行暂态仿真。针对不同的风力发电接入情况，在同步发电机组出现扰动时得出各同步发电机组的转速曲线，验证特征值分析的结果。