论文总字数：38013字

摘 要

学号 16012503 学生姓名 莫倩筠

指导老师 吴 熙

随着可再生能源的普及，特别是风电系统的明显增加，研究风电系统对电力系统稳定性的影响显得尤为重要。由于我国的能源分布特点，大量的风电场处在远离负荷中心的地区，串联补偿作为提高电能输送能力的一种经济的输电技术，得到了广泛的使用。

风电场经串补电容输送电时，容易出现次同步振荡问题。对于风电机组引起的三种主要类型的次同步振荡中，感应发电机效应和次同步控制相互作用较为主要。本文着重就风速和串补度对风电机组经串联补偿电容输送电引起的感应发电机效应的影响进行研究，并提出相应的抑制措施。

本文首先对风电引起的次同步振荡进行分类，并对其产生机理、研究方法及抑制措施进行了全面的总结。然后，针对双馈感风电机组经串联补偿输送电产生的次同步振荡进行深入研究。

首先，在对风力机、传动系统、双馈异步发电机及DFIG的变换器控制系统进行了全面分析研究的基础上，通过在仿真软件PSCAD/EMTDC中建立风电场经串联电容补偿输送电的系统模型。

然后，运用频率扫描法对风电场经串联电容补偿输送电的系统进行初步的分析，研究其影响因素，并采用时域仿真法以及Prony算法相结合的方法分析风速和串补度对次同步振荡的具体影响，得出结论：

（1）当风速变化时，系统的振荡频率不会发生改变；且风速越大，系统阻尼越大，系统越趋于稳定。

（2）串补度越高，系统的振荡频率越大，系统阻尼越小，系统越趋于不稳定。

最后运用了旁路滤波器对次同步振荡进行抑制，并用仿真结果对其抑制效果进行验证,证明旁路滤波器对风电场经串补线路输送电引起的感应发电机效应有较好、较快速的抑制效果。

关键词：次同步振荡；双馈感应型风力发电机；串联电容补偿；频率扫描法；Prony算法

Abstract

With the increasing penetration of renewable sources of energy, in particular, the wind power, studying the effect of wind integrated power systems on power system stability has become more and more important. Considering that the location of most of the wind farms is far from the load centers, wind farms connected with series compensated transmission network, an economical transmission technology to improve the transmission capacity of the grid, is widely use nowadays.

Subsynchronous oscillation will also occur in wind farm connected with series compensated transmission network. Among three different types of SSR in DFIG wind farms, induction generator effect (IGE) and control interactions (SSCI) are more common. This paper focuses on studying the subsynchronous oscillation in wind farms connected with series compensated transmission network after finishing the studying on the mechanism of SSO, the research methods of SSO as well as the measures to suppress SSO.

Based on the well learned on the DFIG components includes turbine, drive train, generator, and the back-to-back converter system, a wind farms connected with series compensated transmission network model for the analysis on SSO is established.

At the beginning, the frequency-scanning will be used to study the model of wind farms connected with series compensated transmission network. Prony algorithm and time-domain simulation are used together to analyze and validate the impacts of wind speed and series compensation degree on IGE. There are the conclusions:

1.When the speed of wind is strong, the damping of the system is higher than that when the speed of wind is low.

2.Higher compensation level is lead to higher oscillation frequency in system and the damping of the system is also become low.

Finally, the bypass filter is used to suppress SSO and the time-domain simulation, also, is used to examine the effect of the bypass filter.

Key words: Subsynchronous oscillation (SSO); doubly fed induction generator (DFIG); series compensated transmission network; frequency-scanning method; Prony algorithm.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2风电场系统次同步振荡的研究现状 2

1.3 风电引起的次同步振荡的分类 2

1.3.1 感应发电机效应 2

1.3.2次同步轴系相互作用 3

1.3.3次同步控制相互作用 3

1.4 风电场次同步振荡的研究方法 4

1.4.1频率扫描法 4

1.4.2特征值分析法 4

1.4.3时域仿真法 5

1.4.4复转矩系数法 5

1.4.5 Prony算法 6

1.5风电场次同步振荡的抑制策略的研究现状 6

1.5.1采用FACTS装置 6

1.5.2.附加阻尼控制 7

1.6 论文的主要工作 7

第二章 双馈感应型风力发电机系统模型的搭建 8

2.1双馈发电机的基本理论 8

2.1.1坐标系的变换 8

2.1.2 d-q坐标下的双馈电机模型 8

2.2风力机的空气动力学模型和传动系统模型 9

2.2.1风力机的空气动力学模型 9

2.2.2传动系统模型 11

2.3 DFIG控制系统的控制原理 12

2.3.1转子侧变换器的控制策略 13

2.3.2 转子侧变换器控制策略的仿真模型 15

2.3.3网侧变换器的控制策略 16

2.3.4网侧变换器的控制策略的仿真模型 17

2.4 本章小结 19

第三章 风电外送系统次同步振荡分析研究 20

3.1风电机组的感应发电机效应的机理分析 20

3.1.1风电机组的感应发电机效应的现象分析 21

3.2运用频率扫描法对系统进行初步分析 21

3.2.1频率扫描法的实现方法 22

3.2.2运用频率扫描法分析待研究系统 23

3.3时域仿真分析算例 27

3.3.1串补度对IGE影响的仿真分析 27

3.3.2风速对IGE影响的仿真分析 29

3.4结合Prony算法分析算例 31

3.4.1 Prony算法的原理 31

3.4.2 Prony算法的具体实现 31

3.4.3 Prony算法模型参数的选定及拟合准确度检验 33

3.4.4 Prony算法分析串补度对次同步振荡的影响 35

3.4.5 Prony算法分析风速对次同步振荡的影响 37

3.5 本章小结 38

第四章 风电场次同步振荡的抑制方法 40

4.1采用旁路滤波器抑制次同步振荡 40

4.2旁路滤波器的抑制原理 40

4.3 旁路滤波器抑制次同步振荡的仿真验证 40

4.4 本章小结 44

第五章 结论与展望 45

5.1 结论 45

5.2 展望 45

致 谢 46

参考文献 47

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

全球能源危机和温室效应日益严重，人类对风能、太阳能等可再生的清洁能源的需求也日益迫切。其中，风能不仅使用成本低、自然蕴藏丰富，且能够降低碳的排放，是最具潜力与活力的可再生能源之一，在世界范围内也得到较为广泛的使用。

我国丰富的风力资源有着巨大的利用潜能。近几年来，随着国家政策法规的鼓励和支持下，我国的风力发电也得到了快速的发展。然而，我国的风能资源主要分布在西北、华北等远离用东南沿海电负荷中心的地区，即资源与负荷中心呈逆向分布。为了提高交流线路的输送能力、降低规划的成本，采用在输电线路中串联电容技术来增加远距离输电的传输容量及提高输送能力。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：38013字