双馈风电机组暂态行为及其对电力系统稳定性影响

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1、摘要为了深入认识电网扰动下双馈风力发电机(DFIG)的暂态行为，分析了机电解耦条件和机电解耦导致的结果。然后针对单机(DFlG)无穷大系统，定义了DFIG功角并分析其暂态行为，揭示了双馈电机的机电解耦性所导致的功角暂态行为的物理本质一纯粹的电磁暂态过程，具有快变特点。功角快变特性的外在表现是电网扰动后的有功功率快恢复特性。通过仿真分析和动模试验检验了理论分析的正确性。为了研究风电场对电力系统小扰动稳定性的影响，提出了双馈风电场动态频率特性的概念，通过数学证明，给出了判定双馈风电场对电力系统阻尼影响的性质及大小的判据：相频特性决定阻尼的性质，幅频特性决定阻

2、尼大小。研究发现，DFIG动态频率特性与励磁控制参数密切相关，双闭环PI控制器的比例系数、积分系数对DFIG的动态频率特性有显著影响，进而造成DFIG的阻尼大小甚至阻尼性质因调节器参数变化而发生显著改变。在此基础上，设计了植于风电变流器上的附加阻尼控制器，利用电力系统分析综合程序(PSASP)，通过二区域和多区域的算例分析证实，该控制策略具有提高电力系统阻尼的明显效果，而且具有参数易整定、调试方便和易于工程实现的优势。为了研究含风电场的电力系统暂态稳定性，分析了双馈感应发电机功角快变特性对常规同步发电机(SG)的首摆稳定性产生的重要影响。研究发现，DFl

3、G和SG的功角摇摆曲线可能存在两类交点一主动交越点和被动交越点，交越的性质决定了DFlG对SG稳定性影响的性质。大扰动时，SG的首摆期问有主动交越交点，DFlG将降低系统的暂态稳定性；后续摇摆期间有被动交越交点，DFlG起正阻尼作用。在此研究基础上，设计了DFlG的暂态功角控制策略，该控制策略能对风电场附近的常规同步发电机产生显著致稳作用，提高了含风电的混合电力系统整体稳定性。为了揭示双馈风电机组的轴系扭振机理，基于电磁转矩的观点，发现双闭环PI调节参数和前馈补偿参数是影响电磁转矩性质的两个关键因素。由于设计用的互感系数很难保证就是电机的实际参数，故存在

4、或正、或负的误差，误差的正、负性和大小对阻尼转矩的方向和大小有直接影响。上述两个独立因素共组合为4种情形，研究了各种情形下电磁转矩的阻尼性质，揭示了2种将产生电气负阻尼和可导致轴系扭振的情形。为了辨识和监测轴系扭振，还提出自然工况下轴系扭转模式、电磁模式的在线辨识方案，引入子空间法进行系统辨识和振荡模式提取。关键词：风力发电，电力系统，双馈感应发电机，小扰动稳定，暂态稳定，轴系扭振，动态等值，励磁变频器控制策略ABSTRACTIn0rdertopenetratet0thenature0f仃jmsientbehaviourofdoubly-fedinduc

5、tiongeneratorundergriddisturbance，theconditionsofeIectromech肌icaldecouplingisconcluded锄dtheresultsofelec仃DmechanicaldecouplingisinVestigated．Po、Ⅳer柚gleofDFIGisdefined柚ditsdynamicbehavioris觚alyzedbased0nasinglemachine(DFIG)VsiIlfinitcsyStem．Itisdemonstratedthatthetmnsientbehavioro

6、fthepowerangle，notdependingonrotorpositionandf-eaturingcompleteelec旬romagnetism仃ansition，oRenshowsfaSt-changechaIIacter．T11ercfore，whilediSturb卸cesh印penillpower伊id，theactiVepowerofDFIGc锄berestoredquiklytooriginalValue．BothdigitalsimulationcasesandphysicalexperimentsV嘶母theproposed

7、theo巧Vie、Ⅳpoims．InordertoinVestigatetheinnuenceofDFlG-bausedwindfaImson锄all-signalstabiIit)，ofpowerSystem，theconceptionoff}equency-powcrdyn锄iccharacteristicforDFIGw弱presentedinthisp印er．BaSedontheproposedconception，tw0propositionsareproVedtobeaVailableforexaminingthed觚lpingofgener

8、iccomponent．Thephaseoff沱quency-powerdyn锄