并網(wǎng)導(dǎo)則要求風(fēng)電場(chǎng)在故障持續(xù)期間響應(yīng)無功電流支撐電網(wǎng)電壓以協(xié)助電網(wǎng)恢復(fù)。風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)在故障持續(xù)期間的穩(wěn)定性既是可靠響應(yīng)無功電流的內(nèi)在要求,也是故障穿越后續(xù)階段逐步恢復(fù)有功出力的基礎(chǔ),因而十分重要。并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與電網(wǎng)條件密切相關(guān),然而現(xiàn)有風(fēng)機(jī)裝備故障穿越控制策略的設(shè)計(jì)和研究一般基于并網(wǎng)點(diǎn)為強(qiáng)電網(wǎng)的條件,未充分考慮大規(guī)模集中式開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送等風(fēng)電開發(fā)模式下長(zhǎng)輸電線路具有顯著阻抗這一實(shí)際因素。隨著風(fēng)電滲透率進(jìn)一步提高,現(xiàn)有風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)在故障持續(xù)期間的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)未能得到充分評(píng)估,且已有研究未考慮一般性的不對(duì)稱故障工況。故障持續(xù)期間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)百毫秒乃至數(shù)秒,并網(wǎng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)電磁暫態(tài)量已近于完全衰減,可采用小信號(hào)方法研究其穩(wěn)定性。相比同步發(fā)電機(jī),基于電力電子技術(shù)的風(fēng)機(jī)裝備可提供更快的電流控制動(dòng)態(tài),該特性須在穩(wěn)定性建模和分析中得到重視。本文基于深度對(duì)稱/不對(duì)稱故障場(chǎng)景,圍繞高阻型弱電網(wǎng)條件研究計(jì)及電流動(dòng)態(tài)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)在電網(wǎng)故障持續(xù)期間發(fā)生小信號(hào)中低頻(約10-100 rad/s)失穩(wěn)問題的機(jī)理,重點(diǎn)探索轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制參數(shù)的影響,努力為工程實(shí)踐中故障穿越控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和進(jìn)一步研究提供參考。具體內(nèi)容包括:(1)基于一般化建模思路分別建立了故障持續(xù)期間雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝備和不對(duì)稱故障網(wǎng)絡(luò)計(jì)及電流動(dòng)態(tài)的小信號(hào)模型。從外特性出發(fā)定義了雙饋發(fā)電機(jī)裝備計(jì)及電流動(dòng)態(tài)的內(nèi)電勢(shì)和內(nèi)電抗,在此基礎(chǔ)上建立了雙饋發(fā)電機(jī)裝備的頻域小信號(hào)模型;建立了不對(duì)稱故障工況下故障網(wǎng)絡(luò)計(jì)及電流動(dòng)態(tài)的頻域小信號(hào)模型;建立了不對(duì)稱故障網(wǎng)絡(luò)和雙饋發(fā)電機(jī)裝備計(jì)及電流動(dòng)態(tài)的狀態(tài)方程時(shí)域模型;基于并網(wǎng)系統(tǒng)頻域模型指出了弱電網(wǎng)故障持續(xù)期間并網(wǎng)系統(tǒng)可能的小信號(hào)穩(wěn)定問題的兩個(gè)主要類型和相應(yīng)研究思路。(2)基于弱電網(wǎng)對(duì)稱故障場(chǎng)景,分析了深度故障持續(xù)期間雙饋發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)受正序網(wǎng)絡(luò)阻抗引入的正序鎖相環(huán)-轉(zhuǎn)子電流環(huán)相互作用影響在中低頻段因阻尼不足發(fā)生第一類振蕩失穩(wěn)問題的機(jī)理。首先闡述了正序阻抗在并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)引入的正序鎖相環(huán)-轉(zhuǎn)子電流環(huán)相互作用;鑒于模態(tài)分析結(jié)果表明并網(wǎng)系統(tǒng)的弱阻尼模態(tài)是鎖相環(huán)主導(dǎo)的,為量化該相互作用對(duì)鎖相環(huán)的影響,基于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法概念將該相互作用對(duì)鎖相環(huán)相位運(yùn)動(dòng)的影響用阻尼系數(shù)和恢復(fù)系數(shù)量化;分析了各關(guān)鍵因素如何影響阻尼系數(shù)和恢復(fù)系數(shù)從而影響并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性,揭示了弱電網(wǎng)深度對(duì)稱故障期間并網(wǎng)系統(tǒng)因正序鎖相環(huán)-轉(zhuǎn)子電流環(huán)相互作用減弱了正序鎖相模態(tài)的阻尼而發(fā)生第一類失穩(wěn)問題的機(jī)理。(3)基于弱電網(wǎng)不對(duì)稱故障場(chǎng)景,在確保正序子系統(tǒng)自身和負(fù)序子系統(tǒng)自身均充分穩(wěn)定的前提下,分析了深度不故障期間雙饋發(fā)電機(jī)裝備受序間耦合網(wǎng)絡(luò)阻抗引入的序間相互作用影響在中低頻段因阻尼不足發(fā)生第二類失穩(wěn)問題的機(jī)理。首先研究了發(fā)電機(jī)裝備和故障網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出特性,明確了影響序間相互作用的關(guān)鍵因素;然后基于模態(tài)分析方法,得到了序間相互作用影響正、負(fù)序子系統(tǒng)的不同規(guī)律,并完成了序間耦合支路往負(fù)序的等效歸算;接下來研究了雙饋發(fā)電機(jī)裝備和故障網(wǎng)絡(luò)基本單元的輸入輸出特性與并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性間的內(nèi)在聯(lián)系,并基于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法概念定義了弱阻尼的正、負(fù)序耦合系統(tǒng)的阻尼系數(shù)和恢復(fù)系數(shù),將序間相互作用對(duì)負(fù)序子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響用阻尼系數(shù)和恢復(fù)系數(shù)的變化量予以量化。在此基礎(chǔ)上,分析了不對(duì)稱故障工況下影響序間相互作用的關(guān)鍵因素,揭示了弱電網(wǎng)深度不對(duì)稱故障持續(xù)期間因序間相互作用減弱了負(fù)序鎖相模態(tài)的阻尼而發(fā)生第二類失穩(wěn)問題的機(jī)理。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM614
【部分圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文遠(yuǎn)離電力負(fù)荷中心的地區(qū)，因此我國(guó)的風(fēng)能資源與電力負(fù)荷需求呈現(xiàn)逆向分布的特點(diǎn)增加了開發(fā)利用的難度。從圖 1-1 中各省級(jí)行政區(qū)的風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)容量可以看到，內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏等行政區(qū)擁有巨大的風(fēng)電裝機(jī)容量。這些地區(qū)生產(chǎn)的風(fēng)電已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本地的電力負(fù)荷需求，無法在本地消納，必須依賴高壓輸電線路將其遠(yuǎn)距離輸送到華東地區(qū)等電力負(fù)荷中心。因此，與歐洲各風(fēng)電大國(guó)分布式開發(fā)、就地消納的一般情況不同，我國(guó)風(fēng)電開發(fā)具有顯著的集中式開發(fā)、遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸送特點(diǎn)[4]。

101102頻率 (rad/s) 正序系統(tǒng)內(nèi)基于復(fù)轉(zhuǎn)矩概念的等效電氣子系統(tǒng) ke(s)伯德圖寬的約束，鎖相環(huán) PI 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系環(huán)貢獻(xiàn)的固有恢復(fù)系數(shù)取決于鎖相環(huán) PI 控制的積系數(shù)取決于鎖相環(huán) PI 控制的比例系數(shù)，因而固有定范圍內(nèi)變化。同樣地，受電流環(huán)典型帶寬的約束分系數(shù)也只在一定的范圍內(nèi)變化。由于等效電氣子尼系數(shù)與電流環(huán) PI 控制的比例系數(shù)密切相關(guān)，因系數(shù)和附加阻尼系數(shù)也均只在一定范圍內(nèi)變化。因參數(shù)設(shè)計(jì)范圍和運(yùn)行點(diǎn)變化范圍以后，雙饋風(fēng)力發(fā)始終保持在我們感興趣的數(shù)十 rad/s 的頻段內(nèi)。從，這說明了前文基于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法概念整理鎖相

結(jié)構(gòu)如圖 3-16 所示。該實(shí)驗(yàn)裝置主要由原動(dòng)機(jī)、原動(dòng)機(jī)調(diào)速柜、雙饋發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變換器、直流電源等部分組成。主電路通過一個(gè)自耦變壓器接入到動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)，通過調(diào)節(jié)自耦變壓器的匝比來模擬電網(wǎng)對(duì)稱故障期間的低電壓。在升壓變壓器和自耦變壓器間串入 20mH 的三相分立電感以產(chǎn)生 0.52p.u.的等效電抗以模擬對(duì)稱故障期間的高阻網(wǎng)絡(luò)。雙饋發(fā)電裝置由一臺(tái) 20kW 的雙饋異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，由調(diào)速柜控制運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)速模式，可手動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行轉(zhuǎn)速以模擬不同的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速工況。機(jī)側(cè)變換器由一臺(tái)恒壓直流電源供電，機(jī)側(cè)變換器的控制結(jié)構(gòu)與前文模態(tài)分析所依據(jù)的控制策略一致，在 dSPACE 中實(shí)現(xiàn)。dSPACE 通過一塊專設(shè)的接口電路板件與實(shí)施控制策略所需的 AD采樣電路板件、PWM 輸出電路板件通訊，并通過 RJ45 接口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。用電流鉗和高壓探頭分別采集電流和電壓信號(hào)并連接到 YOKOGAWA DL950 錄波儀上作實(shí)時(shí)記錄。雙饋發(fā)電機(jī)、故障電網(wǎng)等主電路參數(shù)和控制系統(tǒng)參數(shù)等在表 3-2 中給出。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 劉振亞;張啟平;;國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展模式研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年07期

2 劉增;劉進(jìn)軍;;帶變流器負(fù)載的三相交流電源系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)的研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年25期

3 周鵬;賀益康;胡家兵;;電網(wǎng)不平衡狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制中電壓同步信號(hào)的檢測(cè)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2008年05期

4 胡家兵;孫丹;賀益康;趙仁德;;電網(wǎng)電壓驟降故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與控制[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2006年08期

5 李輝,楊順昌,廖勇;并網(wǎng)雙饋發(fā)電機(jī)電網(wǎng)電壓定向勵(lì)磁控制的研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2003年08期

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1 趙明權(quán);用于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性分析的內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)方程建模方法及裝備動(dòng)態(tài)特性研究[D];華中科技大學(xué);2017年

2 胡家兵;雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越（不間斷）運(yùn)行研究[D];浙江大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2877012