抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的雙饋風(fēng)電機組控制策略研究.pdf

1、伴隨現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，世界能源消耗也與日俱增，而傳統(tǒng)一次能源，例如化石燃料已經(jīng)日趨枯竭，與此同時，傳統(tǒng)一次能源的消耗也給環(huán)境帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此，能源短缺和環(huán)境惡化的問題已然成為制約各國發(fā)展的重要因素，開發(fā)和發(fā)展新能源已經(jīng)成為各國解決能源短缺和環(huán)境惡化的必由之路。風(fēng)力發(fā)電因其技術(shù)成熟、資源豐富等優(yōu)勢，近年來得到各國的重視，發(fā)展迅速，在新能源中占有很高的比例，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的格局已經(jīng)形成。電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定一直是電力行業(yè)關(guān)注的重點，確

2、保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行也是首要問題。在電力系統(tǒng)朝著大區(qū)域互聯(lián)和遠距離輸電方向發(fā)展的趨勢下，各區(qū)域電網(wǎng)之間以及區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的低頻振蕩問題時有發(fā)生，小擾動穩(wěn)定問題已成為威脅互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。而大規(guī)模隨機性風(fēng)電的接入勢必給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來更大的挑戰(zhàn)。因此，在我國風(fēng)電“大規(guī)模開發(fā)、遠距離輸送”的背景下，電力系統(tǒng)的低頻振蕩問題將會更加突出，研究大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后的低頻振蕩控制成為一個重要的課題。為此，本文圍繞提高含大規(guī)模風(fēng)電場

3、的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性開展了一系列研究，著重解決傳統(tǒng)阻尼控制器的設(shè)計需要依賴系統(tǒng)平衡點線性化的問題。論文的主要工作包括:
　　(1)建立了雙饋風(fēng)電機組的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，模型主要包括風(fēng)力機、雙饋感應(yīng)發(fā)電機、轉(zhuǎn)子勵磁背靠背變頻器及其控制系統(tǒng)模型。所建立的動態(tài)模型是后文進行阻尼貢獻分析和低頻振蕩抑制的基礎(chǔ)。
　　(2)為明確雙饋風(fēng)電機組有功功率環(huán)節(jié)和無功功率環(huán)節(jié)對系統(tǒng)功率振蕩的阻尼效果和對風(fēng)機自身軸系振蕩的影響，通過頻域分析、不確定性分析

4、和時域分析，系統(tǒng)分析了雙饋風(fēng)電機組有功功率環(huán)節(jié)和無功功率環(huán)節(jié)附加阻尼控制條件下的差異。結(jié)果表明，雙饋風(fēng)電機組的有功功率環(huán)節(jié)雖然能夠為系統(tǒng)提供更大的阻尼，但相比于無功功率環(huán)節(jié)，其對系統(tǒng)運行點的不確定性魯棒性更差;利用頻域分析和時域分析對雙饋風(fēng)電機組有功功率環(huán)節(jié)和無功功率環(huán)節(jié)附加阻尼控制時對風(fēng)機軸系的影響進行了分析，結(jié)果表明，雙饋風(fēng)電機組的有功功率環(huán)節(jié)容易引起系統(tǒng)的軸系振蕩，而無功功率環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)僅對風(fēng)機的軸系產(chǎn)生很小的影響。
　　(3

5、)針對處于電網(wǎng)末端的風(fēng)火打捆弱互聯(lián)系統(tǒng)，提出了基于輸入輸出線性化的雙饋風(fēng)電機組穩(wěn)定控制方法，該方法通過狀態(tài)反饋的方式使選定的系統(tǒng)輸出（同步電機的功角和暫態(tài)電抗后電動勢）與系統(tǒng)輸入（雙饋風(fēng)電機組的有功功率參考指令和無功功率參考指令）精確線性化?；诰€性化后的系統(tǒng)，利用線性系統(tǒng)最優(yōu)控制理論進行控制器的設(shè)計。仿真結(jié)果表明，提出的方法能夠有效提高風(fēng)火打捆弱互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(4)為快速抑制互聯(lián)電力系統(tǒng)的區(qū)間振蕩，提出了基于Bang-

6、Bang控制的雙饋風(fēng)電機組快速區(qū)間振蕩抑制策略，該控制策略在振蕩初期，通過檢測系統(tǒng)振蕩模式的振蕩頻率和初相位，使雙饋風(fēng)電機組的無功功率在設(shè)定的范圍內(nèi)，按最大最小功率指令輸出，以使雙饋風(fēng)電機組提供最大阻尼快速抑制系統(tǒng)振蕩。振蕩后期，采用連續(xù)控制替代Bang-Bang控制，以避免Bang-Bang控制引起的系統(tǒng)抖動?；谒臋C兩區(qū)系統(tǒng)和CIGRE7機系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，相比于僅采用連續(xù)控制進行振蕩抑制，本文提出的綜合控制策略能夠更快地抑制系統(tǒng)

7、振蕩。
　　(5)為提高雙饋風(fēng)電機組抑制區(qū)間振蕩的魯棒性，提出了基于二階滑模的雙饋風(fēng)電機組魯棒阻尼控制策略。為簡化控制器的設(shè)計，建立了雙饋風(fēng)電機組無功功率環(huán)節(jié)的一階等效模型，基于該模型推導(dǎo)了含雙饋風(fēng)電機組的雙區(qū)域系統(tǒng)的二階滑?？刂坡?，并進一步將該控制律推廣至多區(qū)域系統(tǒng)。基于四機兩區(qū)系統(tǒng)和10機39節(jié)點系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，提出的阻尼控制器能夠有效阻尼系統(tǒng)振蕩，且對系統(tǒng)運行點的變化不敏感，相比于基于平衡點線性化的方法，該方法對系統(tǒng)運行