风力发电机与电网之间扭振相互作用的研究

本论文研究了风电机组的轴系与电网相互作用所引起的轴系扭振的机理和影响因素。总结了目前已有的关于风电机组与电网间扭振互作用的研究成果,在此基础上提出了利用小干扰稳定分析法,研究风力发电机单机对无穷大系统在扭振模态上的稳定性;针对定速异步风力发电机和变桨变速的双馈风力发电机这两种机型,分别推导了其轴系三质量块、发电机定子、并联补偿电容、含有串联补偿电容的RLC输电线路、无穷大电源、双馈风机变频器控制器等各部分的数学模型,在Matlab/Simulink中建立了上述各部分的小信号状态空间模型;将各部分的模型通过接口连接,分别建立了上述两种类型的风机单机对无穷大系统的小信号模型,将模型在稳态运行点初始化并计算系统特征值进行分析,确定了扭振模态所对应的特征值;改变风机或电网的某些参数,观察这些参数的改变对扭振模态频率及阻尼比的影响。利用特征值分析法,本文得出了以下结论:(1)并网定速异步风力发电机系统的扭振模态频率和阻尼比随输电线路串补率变化而变化,当输电线路的串补电容和电路电感组成的二阶系统谐振频率与轴系自然扭振频率之和等于50Hz时,阻尼作用达到最弱,甚至使系统在扭振频率上不稳定;而并联补偿电容的变化则对扭振模态没有显著影响。(2)对于不含转子转速控制方案的并网双馈风力发电机,轴系扭振模态的主导因子是风力机本身的运动状态量,与电气部分的状态量无关,轴系扭振具有相当高的独立性,系统电气部分及控制器的参数变化对扭振模态没有显著影响。(3)对于增加了转子转速控制方案的并网双馈风力发电机,轴系通过转子转速与电气部分增强了联系,转速控制器的存在增强了系统在扭振频率上的阻尼作用,提高了系统稳定性。