近年来,由于日趋严重的环境与资源问题,对可再生资源的开发与利用得到重视,利用风能进行发电作为一种技术成熟的可再生能源利用方式得到了快速发展,在世界范围内,风力发电都得到了迅猛发展。与变速恒频双馈风力发电系统相比,同步直驱风力发电系统省去了齿轮箱,减小了由齿轮箱带来的机械损耗和设备的不稳定性,具有噪音低、稳定性高、有功及无功功率可调等优点。随着发电控制设备成本的不断降低和同步风力发电控制技术的不断进步,同步直驱风力发电系统将具有更加广阔的应用前景。为保证含同步风力发电机的电力系统的安全稳定运行,与同步风力发电机并网相关的诸多问题已成为亟待研究的课题。本文针对这一新的课题主要研究了以下内容:
1、研究了基于直驱永磁同步风力发电机的变速恒频风力发电系统的原理及其控制策略,为直驱永磁风力发电系统的建模与直驱永磁同步发电机风电场在潮流计算中的处理方法提供了基础依据。
2、研究了基于直驱永磁同步风力发电机的变速恒频风力发电系统的动态模型。对风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、桨距控制系统模型、永磁同步发电机模型等进行了分析研究,并分析研究了直驱永磁同步发电机控制系统的数学模型,介绍了适用于动态仿真的完整的直驱永磁同步风电机组模型。
3、提出了用于直驱永磁同步发电机并网分析的稳态模型,给出了含同步风电场的电力系统潮流算法。针对两种不同控制方式下的直驱永磁同步发电机组成的风电场的特性进行了分析,提出了潮流计算中风电场节点的处理方法,并编程给予了实现。通过对算例系统进行潮流计算,验证了方法的有效性:该方法计算简单、易于实现,计算速度快,具有较高的实用价值,并针对两种控制方式下的潮流计算结果进行了分析比较。
4、进行了含风电场电力系统的暂态稳定性分析,研究了不同类型风电机组对电网暂态稳定性的影响。通过理论分析电网故障时三种典型风力发电系统的动态特性,得出了不同风电机组对同步发电机暂态特性的影响。应用Matlab/Simulink(仿真工具构建了算例系统的仿真模型,考虑了线路发生三相短路故障情况下进行了双馈风力发电系统的暂态稳定性仿真,分析了仿真结果。
