多机种风力发电场的集群控制技术的研究
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摘要
随着风力发电技术的不断进步,单台风力发电机组容量越来越大,同时多机种风力发电场的建设进程也大大加快,风力发电系统与电网的关系越来越密切。本文着眼于多机种风力发电场接入电网对电网系统以及风电机组的影响,研究了多机种风力发电场接入电网的有功功率和频率的协调控制策略以及无功功率和电压的协调控制策略。
本文首先分析了永磁直驱、鼠笼异步以及双馈式变速恒频风力发电系统的原理、数学模型及其控制策略；并采用PSCAD软件对其进行并网模拟仿真,对比了3种不同类型的变速恒频风力发电系统各种特性,为研究风电场稳定性提供了基础。
其次建立小型风电场模型,研究了小型风电场简化模型；通过仿真比较单台大容量风电机组与多台小容量风电场并网对电网系统稳定性以及风电场内集电效应的影响,为了研究多机种风电场集群控制提供了依据。
最后基于PSCAD软件构建了多机种风电场模型；考虑到风速的随机性、接地故障等情况,分析了多机种风电场并网对电网系统电压、频率稳定性的影响；并进行了多机种风电场接入电网后集群控制技术的研究。分析了电网系统发生电压跌落时,通过多机种风电机种对无功功率和电压的协调控制策略。
With the continuous progress of wind power technology. Single wind turbine's capacity is increasing, and The construction of wind farms are greatly accelerated the process. The grid power Increased by installed capacity of wind farms, Wind power generation system and grid are getting closer. This paper focuses on heterogeneous wind farms into power on the grid system and the impact of wind turbines. Study the heterogeneous grid wind farm active power and frequency of access to coordinated control strategy and the reactive power and voltage of the coordinated control strategy.
Power quality is caused by wind power becomes more and more to highlight. It is particularly important to Research power quality problems caused by wind power.
This paper analyzes the wind power generation system theory, mathematical model and control strategy of permanent magnet synchronous generator.Squirrel-cage Induction generator and double fed induction generator Wind Power Generation System. And Wind farms and network simulationed by Software of PSCAD. Compared the three different types of variable speed constant frequency wind power generation system with characteristics, which provides the basis for the stability of wind farm study.
Second, build a small wind farm model. And research the simplified model of a small wind farm.The capacity of a single wind turbine and Multiple small-capacity wind farm simulationed to Compare the Power System Stability and effects of wind farm collector, which provides the basis for the stability of wind farm study.
Finally, build a wind farm model of heterogeneous by PSCAD software, Consider the randomness of wind speed, ground fault, etc. Analysis the Grid system voltage and frequency stability base on heterogeneous wind farms. And conducted a heterogeneous wind farms into power after the cluster control technology. Analysis of the grid voltage drops, Multiple types types of wind turbine reactive power and voltage control strategy.
本文首先分析了永磁直驱、鼠笼异步以及双馈式变速恒频风力发电系统的原理、数学模型及其控制策略；并采用PSCAD软件对其进行并网模拟仿真,对比了3种不同类型的变速恒频风力发电系统各种特性,为研究风电场稳定性提供了基础。
其次建立小型风电场模型,研究了小型风电场简化模型；通过仿真比较单台大容量风电机组与多台小容量风电场并网对电网系统稳定性以及风电场内集电效应的影响,为了研究多机种风电场集群控制提供了依据。
最后基于PSCAD软件构建了多机种风电场模型；考虑到风速的随机性、接地故障等情况,分析了多机种风电场并网对电网系统电压、频率稳定性的影响；并进行了多机种风电场接入电网后集群控制技术的研究。分析了电网系统发生电压跌落时,通过多机种风电机种对无功功率和电压的协调控制策略。
With the continuous progress of wind power technology. Single wind turbine's capacity is increasing, and The construction of wind farms are greatly accelerated the process. The grid power Increased by installed capacity of wind farms, Wind power generation system and grid are getting closer. This paper focuses on heterogeneous wind farms into power on the grid system and the impact of wind turbines. Study the heterogeneous grid wind farm active power and frequency of access to coordinated control strategy and the reactive power and voltage of the coordinated control strategy.
Power quality is caused by wind power becomes more and more to highlight. It is particularly important to Research power quality problems caused by wind power.
This paper analyzes the wind power generation system theory, mathematical model and control strategy of permanent magnet synchronous generator.Squirrel-cage Induction generator and double fed induction generator Wind Power Generation System. And Wind farms and network simulationed by Software of PSCAD. Compared the three different types of variable speed constant frequency wind power generation system with characteristics, which provides the basis for the stability of wind farm study.
Second, build a small wind farm model. And research the simplified model of a small wind farm.The capacity of a single wind turbine and Multiple small-capacity wind farm simulationed to Compare the Power System Stability and effects of wind farm collector, which provides the basis for the stability of wind farm study.
Finally, build a wind farm model of heterogeneous by PSCAD software, Consider the randomness of wind speed, ground fault, etc. Analysis the Grid system voltage and frequency stability base on heterogeneous wind farms. And conducted a heterogeneous wind farms into power after the cluster control technology. Analysis of the grid voltage drops, Multiple types types of wind turbine reactive power and voltage control strategy.
引文
[1]郭家虎.变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究[D].上海大学博士学位论文2008.3
[2]周鹤良.我国风力发电产业发展前景与策略[J].上海电力,2007,1：1-4
[3]赵群,王永泉,李辉.世界风力发电现状与发展趋势[J].机电工程,2006,23(2)：6-18
[4]赵洪杰,马春宁.风力发电的发展状况与发展趋势[J].水利科技与经济,2006,12(9)：618.622
[5]穆钢,严干贵等.风电场群聚集效应及外送线路容量配置研究,特邀报告,北京：清华大学,2009.10
[6]内蒙古电力调通中心调度管理处.内蒙古电网风电运行情况介绍[R].呼和浩特：内蒙古电力调通中心,2009.
[7]Janseens N A,LambinG,BragardN.Active power control strategies of D1FG wind turbines[C],IEEE Power Tech, Lausanne Switzerland 2007.516-521
[8]WuL.Wamg Z X.TamuarJ.Smoothing control of wind farm output fluctuation with doubly-fed asynchronous machronous machine[C].International Conference on Power Electronocs and Drives Systems.Kuala Lumpur.1:495-500
[9]Das M K,ChowdhuryS,Chowhury S P etal.Doubly-fed induction generator models for optimal algorithm of wind farms[C].The 43rd Universities Power Engineering Internation Conference,Padova,2008.1-5
[10]朱春明,刘明波,裴爱华等.变电站电压无功控制范围的整定计算方法[J].电力系统自动化,2003,27(8)：70-74
[11]孙文生,张明军.五区图变电站电压无功控制原理研究[J].电力系统化设备,2005,25(12)：39-41，62
[12]潘令春.变速恒频双馈风力发电机群协调控制及其远程控制[D].上海交通硕士学位论文,2009
[13]李晶.变速恒频双馈风电机组动态模型及并网控制策略的研究[D].北京：华北电力大学博士论文.2004
[14]李晶,方勇,宋家骅等.变速恒频双馈风电机组分段分层控制策略的研究.电网技术.2005，29(9)：15-21
[15]李建林,许洪华.风力发电中的电力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社,2008
[16]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社,1997
[17]王莹.基于MATLAB的永磁风力发电机动态仿真[D].大连理工大学硕士学位论文,2009.06
[18]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社,2003
[19]严干贵,魏治成,陈文福,赵冰.永磁同步风力发电机组的最大风能捕获运行控制[J].中国电机工程学报
[20]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].北京：机械工业出版社,2003.10：60-150
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[23]J. G. Slootweg, H. Polinder, W. L. Kling. Dynamic modelling of a wind turbine with doubly fed induction generator. IEEE,2001:644-649
[24]袁小明.长线路弱电网情况下大型风电场的联网技术[J].电工技术学报,2007,22(7)：39-36
[25]林莉,陈亚宁,周溶.并网型风电场电压稳定研究[J].华东电力,2008,36(3)：58-62
[26]姜代鹏.并网风电场对电力系统电压稳定性影响的研究[D].江苏大学,2010.6 39-40
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[29]Rahman Saifur, Chowdhury B. H. Effects of clusters on the electric power from windfarm[J]. IEEE Tran. On Apparatus and System,1984, PAS—103(8):215-165
[30]张梅.直驱永磁同步风电机组建模及其控制系统仿真研究[D].西安理工大学硕士论,2008
[31]王虹富.并网风电场的有功功率补偿与稳定性控制[D].浙江大学硕士学位论文2010.118-20
[32]吴茜琼.风电场并网运行对电力系统影响的仿真分析[D].南昌大学硕士学位论文,2007
[33]薛玉石,韩力,李辉.直驱永磁同步风力发电机组研究现状与发展前景[J].电机与控制应用,2008,35(4)：1-5.
[34]邓禹.双馈型变速恒频风力发电系统控制技术研究[D].华中科技大学硕士学位论文,2005.4
[35]康建洲.崇明风电场仿真及动态特性研究[D].上海交通大学硕士专业学位论文,2009.02
[36]田继伟.大容量风电场接入电网的电压问题研究[D].新疆大学硕士学位论文,2010.05
[37]林霞.大型风电场并网对系统影响分析及其应用研究[D].青岛大学硕士学位论文,2006.05
[38]赵璐璐.大型风电场并网暂态稳定性研究[D].北京交通大学学位论文,2010.06
[39]迟永宁.大型风电场接入电网的稳定性问题要求[D].中国电力科学研究院博士学位论文,2006.12
[40]曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京：中国电力出版社,1995
[41]夏小燕.大范围太阳光线跟踪传感器及跟踪方法的研究[D].河海大学硕十学位论文,2007
[42]张强.风力发电并网变流器工程问题研究[D].合肥工业大学硕十学位论文,2006.5
[43]赵仁德,贺益康,黄科元,卞松江.变速恒频风力发电机用交流励磁电源的研究[J].电工技术学报,2004,19(6)：1-6
[44]李晶,宋家骅,王伟胜.考虑变频器特性的变速恒频双馈风力发电机组控制策略的研究与仿真[J].电网技术,2004,28(21)：11-16
[45]L. Zhang, C. Watthanasarn. A matrix converter excited doubly-fed induction machine as a wind power generator. The Seventh International Conference on Power Fiectronics and Variable Speed Drives[J].1998:532-537
[46]宋亮亮.大型风电场接入电网的小干扰分析[D].华北电力大学硕十学位论文,2009.12 1-2
[47]Bhowmik, Rene Spee, and Johan H.R. Enslin, "Performance optimization for doubly fed wind generation system"EEE Trans, on Industry Applications[J]. Vol.35, No.4, pp.949-958,1999
[48]卞松江,吕晓美,相会杰等.交流励磁变速恒频风力发电系统控制策略的仿真研究[J].中国电机工程学报,2005,25(16)：57-62
[49]倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论与分析[M].北京：清华大学出版社,2002
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