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为了深入认识电网扰动下双馈风力发电机(DFIG)的暂态行为,分析了机电解耦条件和机电解耦导致的结果。然后针对单机(DFIG)无穷大系统,定义了DFIG功角并分析其暂态行为,揭示了双馈电机的机电解耦性所导致的功角暂态行为的物理本质—纯粹的电磁暂态过程,具有快变特点。功角快变特性的外在表现是电网扰动后的有功功率快恢复特性。通过仿真分析和动模试验检验了理论分析的正确性。为了研究风电场对电力系统小扰动稳定性的影响,提出了双馈风电场动态频率特性的概念,通过数学证明,给出了判定双馈风电场对电力系统阻尼影响的性质及大小的判据:相频特性决定阻尼的性质,幅频特性决定阻尼大小。研究发现,DFIG动态频率特性与励磁控制参数密切相关,双闭环PI控制器的比例系数、积分系数对DFIG的动态频率特性有显著影响,进而造成DFIG的阻尼大小甚至阻尼性质因调节器参数变化而发生显著改变。在此基础上,设计了植于风电变流器上的附加阻尼控制器,利用电力系统分析综合程序(PSASP),通过二区域和多区域的算例分析证实,该控制策略具有提高电力系统阻尼的明显效果,而且具有参数易整定、调试方便和易于工程实现的优势。为了研究含风电场的电力系统暂态稳定性,分析了双馈感应发电机功角快变特性对常规同步发电机(SG)的首摆稳定性产生的重要影响。研究发现,DFIG和SG的功角摇摆曲线可能存在两类交点—主动交越点和被动交越点,交越的性质决定了DFIG对SG稳定性影响的性质。大扰动时,SG的首摆期间有主动交越交点,DFIG将降低系统的暂态稳定性;后续摇摆期间有被动交越交点,DFIG起正阻尼作用。在此研究基础上,设计了DFIG的暂态功角控制策略,该控制策略能对风电场附近的常规同步发电机产生显著致稳作用,提高了含风电的混合电力系统整体稳定性。为了揭示双馈风电机组的轴系扭振机理,基于电磁转矩的观点,发现双闭环PI调节参数和前馈补偿参数是影响电磁转矩性质的两个关键因素。由于设计用的互感系数很难保证就是电机的实际参数,故存在或正、或负的误差,误差的正、负性和大小对阻尼转矩的方向和大小有直接影响。上述两个独立因素共组合为4种情形,研究了各种情形下电磁转矩的阻尼性质,揭示了2种将产生电气负阻尼和可导致轴系扭振的情形。为了辨识和监测轴系扭振,还提出自然工况下轴系扭转模式、电磁模式的在线辨识方案,引入子空间法进行系统辨识和振荡模式提取。