基于STATCOM-PSS控制对风电并网系统暂态稳定性的改善研究

随着大量波动性的风电功率注入电网,使原有系统正常运行的稳定性受到巨大威胁,这严重阻碍风力发电的进一步发展。因此,如何提高风力发电并网稳定性,减小风电接入对电网冲击的问题,已成为目前风力发电领域研究的热点。本文在目前风电发展现状和其并网协议基础上,针对双馈型和定速型两种风力发电机,通过数学建模对其控制方法及运行特性进行分析,并对风电并网稳定性问题进行探讨并提出其相应改善的措施,最后通过建模仿真验证所提改善风电并网稳定性方法的有效性,取得一系列具有创新性与实用价值的研究成果。本文主要研究内容归纳如下:1.深入分析了双馈型和定速型风电系统的原理和运行特性。通过建立双馈型风力发电机在三相静止及两相旋转坐标系下的数学模型,以此分析其常用的控制策略,并提出采用基于定子磁链定向矢量控制的控制方法;同时通过建立背靠背变换器的数学模型并对其控制策略进行分析,针对网侧变换器提出采用基于电网电压定向控制的方法。最后通过仿真平台分别建立双馈型和定速型风电并网系统的仿真模型,对其在不同工况下所得仿真结果进行分析,验证了所提控制方法的有效性和理论分析的正确性。2.对静止同步补偿器(STATCOM,Static Synchronous Compensator)装置的原理进行了理论分析和建模仿真研究。通过对STATCOM所建立的数学模型及电路结构进行研究,由理论分析出其能有效的补偿系统无功功率缺额,最后在仿真平台上建立STATCOM直接电流控制的系统单机无穷大仿真模型,由仿真结果分析验证了STATCOM在系统无功补偿和改善电能质量方面有明显效果。3.针对风力发电并入电网系统所出现的稳定性问题,提出一种采用投入STATCOM装置与电力系统稳定器(PSS,Power System Stabilizer)相配合的STATCOM-PSS控制措施,通过对STATCOM-PSS控制应用于风力发电并网系统进行分析,在仿真平台中分别建立双馈风力发电并网系统仿真模型和定速风电机组并网系统仿真模型,根据模拟风电场实际运行状况下的不同情形进行仿真实验,通过对比分析出双馈型风力发电机组比定速风力发电机组在故障穿越能力及缓解波动风电功率注入电网的冲击方面优势更加明显,表明双馈型风力发电机组将在风电场工程建设中应用更加广泛;同时对仅存在STATCOM、仅存在PSS、存在STATCOM-PSS以及没有STATCOM-PSS的四种情形所得的仿真结果进行详细分析和讨论,存在STATCOM能为系统提供足够的无功补偿容量,对系统所受故障过程中的电压稳定性有明显的改善效果,PSS具有阻尼功能,存在PSS能调节系统运行的功角稳定,缓解系统振荡。而当投入STATCOM-PSS控制时对这两种风电机组并网系统稳定性提高的效果更加明显,能快速恢复风电场并网处的故障电压,提高风电场的故障穿越能力,改善风电并网系统的暂态稳定性和电能质量。