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随着能源和环境问题的日益突出,分布式发电(DistributedGeneration,DG)得到了广泛的研究与应用。微型电网作为一种具有广阔发展前景的分布式发电网络结构形式,将微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池或风力发电机等DG与储能、负荷有效地组织起来,具有并网、自治两种运行模式,能够增强电力系统稳定性、提高可再生能源利用率。
异步风力发电机(AsynchronousWindTurbineGenerator,AWT/AWTG)是微型电网的重要微源。受风况的影响,AWT功率输出具有间歇性和随机性等特点,由于微型电网系统惯性较低,随着AWT接入规模的不断增加,其运行会给系统稳定性及供电质量带来较大的负面影响。研究AWT运行对微型电网稳定性的影响及系统稳定性控制技术已经成为微型电网发展的重要课题。
本文分析了AWT运行对微型电网暂态稳定性、小信号稳定性的影响,提出并建立了基于储能的微型电网稳定性控制策略,构建了包含AWT、同步发电机以及储能的微型电网实验平台,对提出的稳定性控制策略进行了实验验证。
本论文主要研究内容包括:
1.建立了微型电网暂态数学模型,包括定桨距失速型AWT、配备励磁调节和转速控制的同步发电机以及储能等单元,结合AWT的功率-电压特性以及转矩-电压特性,研究了AWT风速扰动、并网/切除等运行状况对系统暂态稳定性的影响。
2.建立了微型电网小信号模型,分析了系统小信号稳定性:通过特征根灵敏度分析确定稳态运行点改变(包括DG容量变化、DG输出功率波动以及储能控制器参数变化等情况)时系统的稳定裕度;分析AWT功率波动时储能在提高微型电网小信号稳定性方面的作用;通过储能功率控制器输入/输出传递函数稳定裕度的分析,设计、优化储能的控制策略。
3.针对AWT运行对微型电网稳定性的影响,提出并建立了基于储能的微型电网稳定性控制策略(包括PQ控制、PV控制、有功/无功电流控制以及有功/无功功率控制),并通过仿真验证了控制策略的有效性:风速扰动时储能可以提供快速的能量缓冲,有效抑制AWT功率波动对微型电网稳定性的不利影响。
4.构建了包含AWT、同步发电机以及储能的微型电网实验平台,通过实验研究了AWT功率波动时微型电网的暂态特性,并与无储能时进行了比较,验证了储能对微型电网稳定性的改善作用。