论文总字数：24073字

摘 要

风能是一种潜力很大的新能源，它是一种没有公害的新能源之一，而且取之不尽，用之不竭，因此风能的利用越来越受到全世界各个国家的关注。风力发电是风能的有效利用方式之一，由于目前能源结构的调整，风力发电技术的发展和应用已经上升到一个新的高度。然而由于风力发电技术具有其独有的不稳定、不可控的特点，研究含风电场的电力系统的运行方式和运行特点就显得非常有必要。本文针对含双馈风电场的电力系统中的次同步振荡问题进行了研究。

本文以含双馈风电场的电力系统的电磁暂态仿真模型为基础，运用的主要方法是“测试信号法”。测试信号法是复转矩系数法的一种特殊运用途径，它是基于某些仿真软件，用时域仿真的方法实现的复转矩系数法。该方法的主要途径和步骤为：首先在所研究的系统中加入一系列小值脉动转矩，然后等系统再次运行稳定后测取某个相应公共周期上的发电机角频率和电磁转矩，其次对所得到的结果进行傅里叶分解等一系列计算，最后得到系统的电气阻尼转矩系数，从而根据所得到的电气阻尼特性深入讨论含双馈风电场的电力系统次同步振荡的稳定性。

针对含双馈风电场的电力系统次同步振荡这一研究课题，本文主要做了以下三个方面的工作：首先根据该课题，有针对性的对含双馈风电场的电力系统所包含的各个模块的数学模型进行了仔细的研究，在此基础上，根据对应模块的数学模型，对后续软件建模进行了初步的规划。然后在PSCAD软件中搭建了包含轴系、感应电机、双PWM变换器及其控制系统等模块的详细而准确的电磁暂态仿真模型，并且以该电磁暂态仿真模型为基础，利用测试信号法对该含有双馈风电场的电力系统进行了电气阻尼分析，得到了该含双馈风电场的电力系统的电气阻尼特性曲线，从而根据得到的电气阻尼特性进一步分析了该电力系统次同步振荡的稳定性。最后通过改变风速、串联电容补偿度、控制器参数等条件，利用测试信号法分别测得不同条件下的电气阻尼特性，进而针对不同条件下的电气阻尼特性，分别讨论了风速、串联电容补偿度、控制器参数等条件对次同步振荡的影响情况。

关键词：双馈风电场 测试信号法 电气阻尼 次同步振荡

Abstract

Wind energy is a great potential of new energy, it is a kind of no pollution is one of the new energy, and inexhaustible inexhaustible, so the use of wind energy and is the attention of all countries in the world. Wind power generation is one of the effective use of wind energy, due to the current energy structure adjustment, the development and application of wind power technology has risen to a new height. However, due to the unique characteristics of wind power generation technology, it is necessary to study the operation mode and operation characteristics of power system with wind farm. So this paper studies the sub synchronous oscillation in the power system with doubly fed wind farm.

In this paper, based on the electromagnetic transient simulation model of power system with double fed wind farm, the main method is "test signal method". Test signal method is a kind of special application way of complex torque coefficient method, because it is a complex torque coefficient method which uses some simulation software. Main ways and steps of the method is: first in the studied system added a series of small value of torque ripple and system running stable again after measured a corresponding public cycle generator angle frequency and electromagnetic torque, followed by the results obtained by Fourier decomposition of a series of calculation. Finally, we get electrical damping characteristic of the system, according to the electrical damping characteristics of the in-depth discussions with stability of doubly fed wind power system sub synchronous oscillation.

For the doubly fed wind power system sub synchronous oscillation on this topic, this article has mainly done the following three aspects: firstly, based on the study, for the for the mathematical model of doubly fed wind power system includes modules with the careful research, on the basis of this, according to the mathematical model corresponding to the module, the following software modeling were preliminary planning. Then in the PSCAD software to build the contains of shafting, induction motor, dual PWM converter and control system module detailed and accurate electromagnetic transient simulation model and to the electromagnetic transient simulation model based on using the test signal method electrical damping of the containing of doubly fed wind power electric power system is analyzed, the doubly fed wind power system electrical damping characteristic curves were obtained, which according to the electrical damping characteristics of obtained by further analysis of the stability of the power system sub synchronous oscillation. Finally by changing the wind speed, the series capacitor compensation degree, the controller parameter conditions, using the test signal method, were measured under different conditions of electrical damping characteristics and according to the different conditions of electrical damping characteristics are discussed in this paper. Wind speed, the conditions of the series capacitor compensation and controller parameters influence on sub synchronous oscillation.

Key Words: Doubly fed wind farm Test signal method Electrical damping Sub synchronous oscillation

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景和研究意义 1

1.2 风力发电电力系统次同步振荡分析研究现状 2

1.2.1 电力系统次同步振荡的产生机理 2

1.2.2 电力系统次同步振荡的分析方法 2

1.2.3 电力系统次同步振荡的抑制措施 3

1.3 本文的主要工作 4

第二章 双馈风力发电系统及其建模 5

2.1引言 5

2.2双馈风力发电机建模 5

2.3轴系建模 7

2.4双PWM变换器及其控制器系统建模 8

2.5输电系统建模 11

2.6本章小结 13

第三章 基于双馈风电场建模及阻尼特性分析 14

3.1引言 14

3.2基于PSCAD的电磁暂态仿真建模 14

3.2.1风力机吸收风能及风力机转矩的仿真建模 14

3.2.2双馈电机风力发电系统仿真建模 15

3.2.3双馈风力发电系统控制策略仿真建模 16

3.3基于PSCAD的电磁暂态模型电气阻尼特性仿真分析 19

3.3.1测试信号法简介 19

3.3.2利用测试信号法进行系统的电气阻尼特性仿真分析 19

3.4本章小结 20

第四章 双馈风电系统次同步振荡影响因素仿真分析 21

4.1引言 21

4.2风速、串联电容补偿度等因素对系统次同步振荡影响仿真分析 21

4.2.1风速对系统次同步振荡影响分析 21

4.2.2串联电容补偿度对系统次同步振荡影响仿真分析 22

4.2.3变换器和控制器系统对次同步振荡影响仿真分析 23

4.2.4线路电阻对系统次同步振荡影响仿真分析 24

4.3本章小结 25

第五章 结论与展望 26

5.1本文主要工作总结 26

5.2后续工作展望 26

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

风能是一种潜力很大的新能源，它是一种没有公害的能源之一，而且取之不尽，用之不竭。因此，利用风能进行发电对许多资源其它资源不足但风力资源丰富的地区就显得大有可为，而且利用风力进行发电的技术早在二十世纪初就已经有了尝试。之后美国在二十世纪七十年代中期左右开始实行联邦风能计划，随后在80年代成功地开发了100kW、200kW、2000kW、2500kW、6200kW、7200kW6种风力机组[^[1]]。随之欧洲其他一些国家也根据自己国家的相应国情制定了相应的风力发电计划。发展到2006年年底，利用风能进行发电的技术已经覆盖了7大洲，而且由于风电的环保性和能源可持续利用方面的优势，风电技术的发展和应用呈突飞猛进的态势。

我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，而且，目前我国的能源利用和环境保护问题日益严重，因此风力发电技术的发展和应用对我国电力资源开发具有重要的意义。可再生能源发展十二五规划指出，2015年风力发电达到1亿kW，年发电量达到1900亿kWh[^[2]]。我国风力发电试点工程初步开展于二十世纪五十年代，当时在东北各省和新疆等地区开始建设了10kW以下的小容量风力发电场，但在之后一段时间内发展基本停滞。直到20世纪80年代的山东荣成风电场正式并网运行后，我国风力发电建设才正式步入示范期。发展到20世纪90年代初期，我国成功并网的风力发电场才逐渐趋向于两位数。到20世纪90年代后期时，风力发电的规模逐渐扩大，其装机容量大、占地面积广等突出特点也逐渐表现出来。进入21世纪以来，我国风力发电技术的发展进入到一个新阶段，并且在国家政策的指导下逐渐趋于完善。

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