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由于不可再生能源危机越来越严重,可再生能源发电技术受到越来越多的关注。随着近20年的技术发展,风能发电技术已经走向市场化和成熟化,风力发电量占系统出力的比例日渐增长,大规模的风电机组集中并网对系统小干扰稳定性的影响问题也越来越受到关注。本文对电网常见风电机组类型进行建模,以IEEE三机九节点系统为算例,从风电机组自身响应和与系统同步机相互作用两方面研究了不同类型的风电机组对系统小干扰特性的影响。本文的主要工作如下:
(1)在仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中分别对恒速风力发电机组、双馈变速风力发电机组和永磁直驱风力发电机组的机械系统和电气控制系统进行建模。
(2)在仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中搭建IEEE三机九节点仿真系统,针对系统原有的机电振荡模式,仿真不同类型的风电机组接入电网后对系统阻尼特性的影响。仿真结果表明,风电的接入不会参与系统的机电振荡,但有可能改变系统的振荡模式或系统内同步机参与振荡的同调性。恒速风电机组和双馈变速风电机组接入系统都可以增强系统的阻尼特性,永磁直驱风力发电机组随着接入容量的增加,对系统各振荡模式的阻尼特性有负面影响。
(3)针对仿真结果,分析风电机组对系统小干扰特性影响的原因。除了分析风电机组自身特性对系统小扰动的响应外,还兼顾考虑风电机组与系统其他同步机组的相互影响。分析指出恒速风电机组和双馈变速风电机组接入系统都可以增强系统的阻尼特性,但从维持系统稳定方面,双馈变速风电机组比恒速风电机组更有利于电网在小扰动后的电压恢复。永磁直驱风电机组接入从原理上不会影响系统的阻尼特性,但是对系统同步机组的影响还需具体网络具体分析。
(4)提出通过改善风电机组的桨距角控制方式来提高系统阻尼的措施:添加附加控制器,采用与系统功率振荡变量相关的频率变化量为输入信号,经过控制,使风电机组输出与输入量相位相反的振荡功率来平衡系统内的振荡功率。仿真结果表明,改善风电机组的桨距角控制方式能够间接提高系统的阻尼特性,增强了系统的小干扰稳定性。