风电并网无功优化控制及其数模混合仿真的研究

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1、ClassifiedIndex：TM614U．D．C：621．3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringStudyonReactivePowerOptimalControlforWindPowerGridIntegrationandItsDigital／PhysicalHybridd●1-●3lmUlatlOnCandidate：Supervisor：Assistant—Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：School：DateofDefence：FuChaoProf

2、．ShiXinchunProf．WangYiDoctorofEngineeringPowerElectronicsandDrivesSchoolofElectricalandElectronicEnglneenngJune．2012Degree-·Conferring--Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity华北电力大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《风电并网的无功优化控制及其数模混合仿真研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中

3、除已注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：弓a陵V日期：2。f)年‘月二g日华北电力大学博士学位论文使用授权书《风电并网的无功优化控制及其数模混合仿真研究》系本人在华北电力大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的搏士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关

4、数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“、／”)：保密口，在年解密后适用本授权书不保密留作者签名：导师签名：s刁陵础念，日期：20l】年‘月▲8日日期：土。，工年石月巧日摘要摘要随着风力发电在电网中的渗透率不断增加，其间歇性、随机性等特点对电网的影响日益显著，无论是风电大规模集中并入电网，还是风电小规模分散式接入电网，均对电网的运行和控制提出了严峻挑战。目前，风电并网区域的无功电压

5、问题尤其突出，深入研究风电机组并网的无功控制技术，对提高电网接纳风电能力和保证电网安全稳定运行具有重要意义。本文从挖掘双馈风电机组的无功控制潜力、实现多风电场接入区域电网的无功优化调度的角度，研究风电并网的无功和电压优化协调控制策略，并搭建风电并网控制的数模混合仿真系统，对所提出的控制方案进行实验验证。本文主要的研究内容及成果如下：(1)建立了三相静止坐标系下和同步旋转坐标系下双馈风力发电机及PWM换流器的数学模型；推导了双馈风电机组转子电压、电流与DFIG定子输出功率之间的关系以及DFIG定、转子间的功率关系；分析了DFIG风电机组的控制策略，建立了双PWM换流器矢量控制

6、模型。(2)基于上述理论分析，研究了转子换流器、定子绕组、网侧换流器以及机端电压等因素对DFIG的无功功率极限的影响：针对双馈风电机组自身的优化运行控制，深入研究全补偿控制、最小转子电流控制、最小损耗控制和恒转子电流控制四种控制策略的特点，并推导转子电流参考值的计算方法；针对DFIG对电网的无功补偿控制，提出了基于无功电流裕度的转子侧换流器优先、网侧换流器优先以及二者比例分配无功三种协调控制策略，以实现对换流器容量的充分利用。(3)提出了一种多风电场并网的区域电网无功电压优化协调控制策略，该控制策略综合考虑系统电压质量和网损的优化，并采用遗传算法进行优化求解。利用区域电网的

7、无功电压灵敏度和无功网损灵敏度信息对基于潮流计算的遗传算法进行改进，提高了优化算法的计算速度，进而增强了无功协调控制的实时性。在上述研究基础上，提出了一种基于超短期风电功率预测和无功电压优化的风电场并网在线预警与无功优化控制系统的设计方案，利用PowerFactory软件提供的引擎模式功能和DGS接口进行二次开发，构建了与电网EMS的数据接口，实现了以PowerFactory软件为计算核心的风电并网安全预警与无功优化控制系统。(4)针对研究风电并网控制相关问题的需要，提出了一种基于NI．PXI平台的数模混合仿真系统