變速風(fēng)電機(jī)組的虛擬慣性與系統(tǒng)阻尼控制研究.pdf

1、大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)集中接入電網(wǎng)將導(dǎo)致系統(tǒng)慣性和阻尼特性改變，因而高風(fēng)電滲透率電網(wǎng)的穩(wěn)定性問(wèn)題遠(yuǎn)比傳統(tǒng)電網(wǎng)嚴(yán)峻。本文首先建立了變速風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型，進(jìn)而分析高滲透率風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)慣性和阻尼的影響。然后在變速風(fēng)電機(jī)組變流器最大功率跟蹤控制的基礎(chǔ)上，研究基于功率跟蹤優(yōu)化的虛擬慣性控制，以及基于有功調(diào)制和無(wú)功調(diào)制的對(duì)系統(tǒng)功率振蕩的阻尼控制。最后提出變速風(fēng)電機(jī)組的虛擬慣性與阻尼控制相結(jié)合的綜合控制策略，不僅使其對(duì)電網(wǎng)頻率具備動(dòng)態(tài)支持能力，并能夠有效抑制系

2、統(tǒng)低頻振蕩，有效解決高風(fēng)電滲透率的區(qū)域電網(wǎng)在有功擾動(dòng)后將面臨的頻率穩(wěn)定和功角穩(wěn)定問(wèn)題。本文的主要研究成果如下:
　　(1)建立了變速風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型，包括:雙饋異步發(fā)電機(jī)模型、永磁同步發(fā)電機(jī)模型、變速風(fēng)電機(jī)組變流器及其控制系統(tǒng)模型、風(fēng)力機(jī)及槳距角控制系統(tǒng)模型，用于研究大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)慣性和阻尼特性的影響。
　　(2)分析了變速風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后表現(xiàn)出的慣性與同步發(fā)電機(jī)慣性以及與自身機(jī)械慣性的區(qū)別，擴(kuò)展了含風(fēng)電場(chǎng)的系

3、統(tǒng)慣性定義。通過(guò)改進(jìn)最大功率跟蹤控制，提出了變速風(fēng)電機(jī)組基于功率跟蹤優(yōu)化的虛擬慣性控制策略，在確保風(fēng)電機(jī)組慣性控制過(guò)程安全運(yùn)行的同時(shí)，使風(fēng)電機(jī)組具有可控的慣性響應(yīng)，能夠?qū)ο到y(tǒng)頻率提供有效的動(dòng)態(tài)支持。
　　(3)分析了變速風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)阻尼特性的影響，基于簡(jiǎn)單系統(tǒng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定分析，理論分析了通過(guò)風(fēng)電機(jī)組的有功調(diào)制和無(wú)功調(diào)制增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼的原理，提出風(fēng)電機(jī)組有功、無(wú)功附加阻尼控制策略。并進(jìn)一步分析了有功阻尼控制和無(wú)功阻尼控制對(duì)風(fēng)電

4、機(jī)組的故障穿越能力的影響，使風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)出現(xiàn)大擾動(dòng)后，不僅能夠不脫網(wǎng)運(yùn)行，并且具有改善系統(tǒng)的阻尼特性的能力。
　　(4)分析了虛擬慣性控制和有功阻尼控制對(duì)風(fēng)電機(jī)組電磁功率的調(diào)節(jié)特性，實(shí)現(xiàn)了兩種控制的有機(jī)結(jié)合，最終提出了具備慣性和阻尼功能的有功調(diào)制方法。在虛擬慣性和有功阻尼控制的基礎(chǔ)上，利用風(fēng)電機(jī)組變流器無(wú)功裕量，通過(guò)附加無(wú)功阻尼控制，進(jìn)一步提高了變速風(fēng)電機(jī)組阻尼系統(tǒng)功率振蕩的能力，并綜合考慮了虛擬慣性控制、有功阻尼控制、無(wú)功阻尼