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1、项目背景
随着风电在电网中的比重不断攀升,其对电力系统动态的影响也逐步加深。利用仿真工具来获取、分析风电与电网间的复杂交互特性是一种有效的研究手段,所以风电的模型精度及其适用性至关重要。详细的风电机组模型虽然可以充分反映诸多动态过程,但模型太过复杂,需要耗费大量计算机资源,不适用于电力系统仿真计算。因此,如何对详细的风电机组模型进行合理的简化,使其满足电力系统暂态稳定分析的需要是本文探讨的重点。
2、论文所解决的问题及意义
一般来讲,电网的电磁过程对同步机的暂态稳定性不会产生大的影响,因此在电力系统仿真程序中通常不计及电网暂态。然而,风电机组由于变流器的快速控制,其在变流器应力范围之内对电网电磁过程有很强的干预能力;而在变流器应力范围之外,这种干预能力将骤减,甚至引起暂态期间运行状态的变化。可见,风电机组(尤其是双馈风电机组)对电磁过程极为敏感,而这一特征能否在电力系统仿真程序中得以充分体现,将直接关系到模型的精度以及仿真分析的可信度。通过本文分析,解决了双馈风电机组在电网暂态期间运行状态准确切换的问题,建立的双馈风电机组动态模型在时间尺度上可直接与电力系统仿真程序对接,具有很好的暂态响应精度,对提高仿真分析的可信度具有重要意义。
3、论文重点内容
1)分析了双馈风电机组的多时间尺度特征。
2)分析了风电变流器“电流源特性—电压源特性—电阻特性”的“三态”特征。如图1所示。
图 1变流器运行状态与电压扰动强度关系
3)推导出一种计及变流器调控作用的、并满足暂态稳定程序仿真步长要求的crowbar触发判据。如图2所示。
图 2 双馈风电机组运行状态切换
4)分析了双馈风电机组简化模型的暂态响应精度。如图3所示。
图 3故障穿越过程响应对比
4、结论
本文提出一种在时间尺度上可直接与电力系统稳定性分析软件接口的双馈风电机组暂态稳定分析模型,该模型能够准确反映不同工况下的双馈风电机组实际运行状态,具有高效、准确以及适用范围广等特点,可用于电力系统暂态稳定分析。
引文信息
张琛,李征,蔡旭,等. 面向电力系统暂态稳定分析的双馈风电机组动态模型[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(20):5449-5460.
Zhang Chen, Li Zheng, Cai Xu, et al. Dynamic Model of DFIG Wind Turbines for Power System Transient Stability Analysis [J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 36(20): 5449-5460 (in Chinese).
团队介绍
蔡旭教授领衔的上海交通大学风力发电研究中心具有新能源电力变换与并网、风电变流器及整机控制、电池储能变换与并网等研究方向,由9位教师、1 位博士后研究人员、1 位工程师、40 余博士、硕士生组成,发表相关论文300余篇,获40余项国家发明专利授权。
风电直流并网研究小组致力于大型海上风电交、直流汇聚与并网中的关键变换器、交直流组网与控制保护、风场柔直并网系统稳定性的研究。研究小组目前共有博士研究生7人,教师2人。近3年来已在风电直流并网、控制保护方向发表论文30余篇,申请发明专利20余项。与南网电气科学院、中国电科院、全球能源互联网研究院、甘肃风电研究中心、上海电气、FUJI电机、英国Aberdeen大学、挪威NTNU和加拿大SFU等大学和科研机构在柔性直流输电领域建立了广泛的合作关系。
蔡旭(1964),男,教授。于1983年在东南大学电气工程系获学士学位,于1988和2000年在中国矿业大学电力电子与电力传动专业获硕士和博士学位。研究方向为可再生能源电力变换与并网技术。作为第一完成人获省部级科技进步二等奖2项、三等奖4项、国内发明专利授权15项;出版专著1部,发表论文280余篇。2005年起与上海电气集团合作,完成1.25MW、2MW和3.6MW双馈风电变流器、1.25~3.6MW风机主控制器、2MW电动独立变桨系统的研发任务,受华锐风电委托开发了3MW全功率风电变流器。
张琛(1989),男,博士研究生。研究方向为风力发电系统的建模与控制;电压源型并网变流器的稳定性分析。
李征(1961),女,教授。研究方向为智能控制、分布式系统控制及其在风电、储能、微电网等方面的应用。
汪宁渤(1963),男,教授级高级工程师。研究方向为可再生能源电力系统。
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