双馈感应风电机组并网运行动态仿真分析及研究

近年来电力电子器件制造及其应用技术的飞速发展，使得大型变速恒频风电机组成为风电机组主要的技术发展方向之一，而能柔性连接风电机组及电力系统的变速恒频双馈风电机组已成为目前风电开发的主流机型。因此，有关变速恒频双馈风电机组的技术、运行特性、并网后系统的安全与稳定等问题的研究也相应成为风电领域的重要研究方向。在广泛分析国内外有关资料的基础上，研究了大型变速恒频双馈风力发电机组的动态建模、运行特性、以及风电机群并网后受到风速干扰、系统故障等情况下的系统稳定性。 本文主要研究内容和成果如下： (1)建立了用于仿真分析的双馈感应风力发电系统的动态数学模型，其中包括风力发电机组的风力机模型、双馈感应风电机模型(含变流器模型)，还有作为原动力的风速模型。并且详细分析了最大风能捕获原理及交直交变频器的控制原理。 (2)利用MATLAB/SIMULINK的软件平台，在进行风速和风力机特性仿真的同时，以建立的数学模型为基础搭建了变速恒频风电机组数字仿真工具。并以渐变风、阵风、随机风为例，对由7台单机容量为1500kW的双馈感应风电机组成的风电场并网后的运行特性进行了仿真研究。同时，仿真分析了系统电压降低以及系统故障情况下风力发电机组的输出特性及对系统的影响。 (3)本文所做内容为山西省科技攻关项目“山西省风力发电系统运行技术研究”的一部分。此项目由山西国际电力集团有限公司投资兴建。经过风能资源及可开发价值的评估，已做出了预可研报告。朔州平鲁区败虎堡风电场计划投产时间为2007年底。结合该项目，仿真分析了朔州电网接入一定容量的风电场对电网运行产生的影响。通过MATLAB和PSASP的相结合，模拟双馈感应风力发电机组的输出特性，把一定容量的风电场接入朔州电网，分析了电网在风机受到风速扰动，启动和突然停机情况下的暂态稳定性。分析得出，由于双馈风力发电机较完善的控制系统，输出特性良好，对电网造成的影响很小，保证系统暂态稳定。 通过对变速恒频风电机组各部件特性的研究，本文建立了变速恒频双馈风力发电机组整体动态数学模型，同时应用MATLAB/Simulink建立了能够模拟变速恒频双馈风电机组动态特性的仿真模型。并以10.5MW风电场接入系统为例，针对某些情况对兆瓦级变速恒频风力发电机组运行特性进行了仿真研究。仿真结果表明了该仿真模型的正确性及有效性。同时，仿真结果也说明了变速恒频双馈风电机组优越的运行特性。而且，本文建立的基于MATLAB的仿真平台也为变速恒频风电机组的近一步研究提供了相应的技术支持和分析手段，为今后有关变速恒频风电机组更深入的研究奠定了良好的基础。