含变速恒频风电机组的电力系统仿真与稳定性分析

yangjunhu

随着我国可持续发展对清洁能源需求的不断增加，风力发电规模急剧扩大，并网电压越来越高，并网容量越来越大，使得风电并网的稳定性等问题日显突出，已成为制约风力发电大规模发展的主要问题。因此，对含变速恒频风力发电机组的电力系统稳定性问题进行深入研究具有非常重要的现实意义。本论文得到了山西省科技攻关项目（项目编号：052028）和山西省电力公司科技项目“山西省风力发电系统并网运行技术研究”的支持。

本文对含变速恒频风电机组的电力系统仿真模型和算法进行了深入研究，并编制程序对风电场并网运行的稳定性问题进行了分析。采用仿真的方法，对含风电机组电力系统的静态电压稳定性和动态特性进行了深入研究，提出提高稳定性的措施。提出以可靠性指标为约束条件计算风电场穿透功率极限的方法。具体研究内容如下：

（1）研究了风力机最大捕获风能的基本原理，根据双馈电机定子、转子电压方程和磁链方程，详细推导了双馈电机定子和转子之间的电压、电流关系式，从而得出双PWM变频器网侧和转子侧的控制模型。采用定子磁链定向矢量控制，使转子电流的有功和无功分量解耦，实现了发电机有功功率和无功功率的独立调节。仿真结果表明，双PWM变换器作为双馈电机的交流励磁系统可以实现能量的双向流动。

（2）研究了阵风、渐变风、随机风和组合风数学模型，采用MATLAB仿真表明，所用模型可以很好地仿真风速随时间变化的典型特征；研究了变速恒频风电机组的风能转换原理，建立了风力机叶片到双馈发电机转轴的一阶模型，实现了风能到机械能的转换；研究了桨距角控制原理，建立了桨距角控制模型，实现了桨距角低风速控制和高风速控制。

（3）研究了双馈发电机和常规同步发电机稳态、动态数学模型；提出了变速恒频风电机组初值计算和节点等值方法；设计了含变速恒频风电机组的潮流和暂态稳定仿真计算流程；利用Matlab编制了仿真程序。

应用该程序对山西新建风电场并网运行稳定性进行了计算和分析，得出风电场并入山西电网，在风速变化，风电机组突然退出运行和系统三相短路的扰动方式下，系统均能保持暂态稳定的结论；所设计的基于Matlab的计算程序，可以用来分析风电场对电力系统的影响，特别是程序中的变速恒频风电机组的控制部分的仿真，为研究风电机组的性能和控制提供了平台。

（4）利用美国Bonneville Power Administration 公司和中国电力科学研究院共同开发的BPA程序，采用将常规同步发电机、风电机组恒功率因数控制和风电机组恒电压控制三种方式对比仿真的方法，分析了风电机组控制方式和无功出力对线路最大极限传输功率的影响、有载调压变压器对电压稳定性的影响和系统扰动对暂态稳定的影响，得出如下结论：增强变速恒频风电机组的无功调节能力，有利于提高系统的电压稳定性和暂态稳定性；在一定条件下变速恒频风电机组并入电网可以提高系统故障的极限切除时间；通过将变速恒频风电机组的变频器控制和桨距角控制相结合，使风电机组具有一定的功率储备能力，有利于系统安全可靠运行。

（5）针对风电和负荷的随机性特点，以机会约束规划理论为基础，建立了以可靠性指标为约束条件的计算风电场穿透功率极限的数学模型。将遗传算法和时序蒙特卡罗模拟法相结合，利用Matlab编制程序，以IEEE 测试系统为例，定量的分析了风电场不同地点，不同平均风速时对风电穿透功率极限的影响。计算结果表明，该方法能够较为方便地考虑风电场出力和负荷的随机变化，并且保证了结果的最优性。

关键词：变速恒频风电机组，双馈感应发电机，电力系统，仿真，稳定性，动态特性，穿透功率极限，可靠性指标

yangjunhu

很有帮助，好好拜读

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