抑制機(jī)電振蕩和提升風(fēng)電并網(wǎng)能力的方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)中占有特別突出的地位，是重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。一方面社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力的需求急劇增加，電網(wǎng)規(guī)模愈益龐大，電網(wǎng)運(yùn)行行為及其影響因素日趨復(fù)雜，低頻振蕩越來越成為威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。另一方面，為減輕化石能源消耗帶來的資源和環(huán)境壓力，太陽能和風(fēng)能發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電發(fā)展迅猛，使電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制面臨更多的挑戰(zhàn)。例如，對電網(wǎng)擾動敏感的雙饋式感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(DFIG-WECS)，在電網(wǎng)故障期間即存在大量的控

2、制難題。基于以上背景，本文圍繞電力系統(tǒng)低頻振蕩抑制問題和增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)能力問題展開研究。論文的主要工作和研究成果包括以下幾個方面：
　　以提高同步發(fā)電機(jī)的小擾動穩(wěn)定性和阻尼電力系統(tǒng)低頻振蕩為目標(biāo)，提出了一種TCSC和SVC的最優(yōu)配置與定位的新方法。該方法源于以線性系統(tǒng)的可控性與可觀性格萊姆矩陣為基礎(chǔ)的能量法。其基本思路和實(shí)現(xiàn)步驟是:(1)建立含TCSC或SVC的多機(jī)電力系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組模型，構(gòu)建李亞普若夫方程組，并求其唯一

3、正定解以計算格萊姆矩陣;格萊姆矩陣元素值與控制輸入、控制輸出以及系統(tǒng)狀態(tài)矩陣有關(guān)。(2)在有關(guān)線路上設(shè)置擾動，通過仿真以計算解格萊姆能量。(3)選擇格萊姆能量最大值對應(yīng)的擾動點(diǎn)，即是TCSC或SVC最優(yōu)安裝位置，此時對應(yīng)的控制輸入能量肯定為最小輸入能量。為了解決大規(guī)模系統(tǒng)的狀態(tài)變量維數(shù)過高的問題，本文采用均衡實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行降階處理。在上述工作的基礎(chǔ)上，分別以PSS/E和MATLAB為工具，構(gòu)建了IEEE新英格蘭39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真算例

4、檢驗(yàn)，并與基于可控性指標(biāo)方法獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本文方法的有效性及其優(yōu)良性能。
　　為了檢驗(yàn)雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在低電壓條件下的并網(wǎng)性能，采用巴特沃斯多項(xiàng)式方法設(shè)計了傳統(tǒng)的PI控制器，并構(gòu)建了基于PSCAD/EMTDC軟件的仿真模型。詳細(xì)分析了在正常運(yùn)行、變風(fēng)速及系統(tǒng)電壓跌落等條件下，DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行性能，由此檢驗(yàn)了所構(gòu)建模型的正確性。
　　提出了一種能夠有效提高低電壓穿越能力的DFIG-WECS控制

5、策略。機(jī)側(cè)變流器采用基于無源理論的電流控制環(huán)。為了維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定于給定值附近，網(wǎng)側(cè)變流器采用兩階段式控制方案。第一階段，取網(wǎng)側(cè)最大電壓作為網(wǎng)側(cè)控制環(huán)中的參考無功電流;第二階段中，為了補(bǔ)償瞬時轉(zhuǎn)子功率，取機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)間的瞬時不平衡潮流作為擾動量，此時的網(wǎng)側(cè)瞬時功率取并網(wǎng)回路濾波器的網(wǎng)側(cè)功率。在PSCAD/EMTDC仿真平臺中搭建了2.0MW-575V DFIG-WECS仿真模型，時域仿真檢驗(yàn)了本文所提出的控制策略的可行性和有效性;通過與