风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究

近年来,随着化石能源的日益枯竭和自然环境的不断恶化,可再生能源受到越来越多的重视。作为可再生能源开发利用的重要组成部分,可再生能源发电得到了迅速发展。其中已相当成熟的技术是风力发电技术和太阳能光伏发电技术。 随着风力发电和光伏发电容量不断增加,它们所带来的小干扰稳定性问题也开始引起了关注,成为了重要的研究方向。 由于风能和太阳能的不稳定性,风电机组和光伏电池组往往通过电力电子变换装置与电网或者负荷相连,这就造成风力发电系统和光伏发电系统的数学模型和运行特性与常规同步发电机系统不同,所以有必要对它们的小干扰稳定进行研究。 研究小干扰稳定,可先从简单的单机系统入手。本文首先研究了风电机组和太阳能光伏电池组接入无穷大电网的小干扰稳定。建立了风电机组及太阳光伏电池组的单机无穷大系统小信号模型。给出了模型的详细推导过程,得到了状态矩阵元素的表示形式；用特征值分析方法研究了系统的模态及相应的阻尼特性,用参与因子分析了各种模态产生的机理；通过特征值轨迹方法对系统参数进行设计。建立上述系统的MATLAB/SIMULNK仿真模型,仿真结果表明系统动态过程与小信号模型分析结果一致,说明小干扰稳定分析是正确的。 本文接着研究了由风力发电、光伏发电、蓄电池储能单元及负荷组成的微网的小干扰稳定。建立了微网的小信号模型。给出了模型的详细推导方法,得出了状态矩阵的表示形式。用特征值分析的方法研究系统的振荡模态,通过特征值轨迹方法设计了合适的控制器参数。建立了系统的MATLAB/SIMULINK仿真模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了小干扰稳定分析的正确性。 在单机系统的基础上,本文最后研究了风电场接入电力系统的小干扰稳定。建立了风电场接入电力系统的小信号模型,给出了模型的详细推导过程,得出了状态矩阵表示形式；研究了风电场采用不同种类风电机组以及风电场接入不同位置时对电力系统原有振荡模态和阻尼特性产生的影响。针对风电场对电力系统小干扰稳定产生的影响,分析了风电机组的稳定控制方法。通过特征值轨迹的方法,设计了合适的稳定控制模块参数。加入稳定控制模块后,振荡模态的阻尼比得到了改善,表明所设计的稳定控制模块是有效的。