分布式风电并网系统的暂态稳定及电能质量改善分析.docx

湖南大学
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I
摘 要
随着人们对可持续发展和降低环境污染的重视,分布式发电(DG)技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注。
DG 中的风能受自然条件的影响不能持续稳定地输出电能,因此风电并入电网势必对电力系统的稳定运行产生影响,尤其在系统发生故障时。由于风电场多处于偏远地区,常接于电网的末端,这会使并网后系统的潮流发生改变,影响电网的稳定性和电能质量。
本文围绕分布式风电并网系统产生的暂态稳定及电能质量问题,分别从不同风力电机类型、储能系统、微分进化(DE)算法、同步扰动随机逼近(SPSA)算法、电力系统稳定器(PSS)、自动电压调节器(AVR)以及灵活柔性交流输电系统(FACTS) 设备等方面开展了较系统、深入的研究,以探求其更为有效的解决方案。本文的主要研究成果如下:
(1)提出基于模糊逻辑控制的超级电容器储能系统(SCESS)和双馈感应发电机(DFIG)相结合的解决方案。为提高能源利用率和改善系统的稳定可靠性,常在 DG 中加入储能装置,而使用 SCESS 能够同时控制有功功率和无功功率,故它能补偿功率波动;因模糊逻辑器可以有效应用于非线性系统,它能稳定系统;其次 DFIG 可以调节无功功率,也可以提高电力系统的暂态稳定性。为此本文提出采用 DC-DC 降压/升压变换器的模糊逻辑控制和电压源变流器的脉冲宽度调制控制相结合的 SCESS-DFIG 方案,利用 Matlab/Simulink 软件对并网系统进行了建模仿真分析。研究结果表明该方案能改善风电并网系统的稳定性和电能质量。
(2)提出基于同步扰动随机逼近(SPSA)算法的最大风能功率追踪控制策略。为使风力发电系统在变动风速下,不受外界干扰,易使风力机保持在最大功率点运行,本文提出采用 SPSA 算法进行风力发电系统最大功率追踪。该算法通过调节电源转换器的工作周期,间接控制风力发电机转速,使风力发电系统在任何风速下皆可运行在最大功率点,从而将最大功率输出至负载,并避免实际运行时使用风力计和转速计。研究结果表明无论风速如何变化,SPSA 算法皆能有效提高风力发电系统输出功率,并使叶尖速比和效能指数维持在最佳值附近。
(3)提出基于电压源变流器的静止同步补偿器()和基于同步发电机(SG)的 PSS 相结合的解决方案。并联于电网中,相当于一个可控的无功电流源,其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化,自动补偿电网系统所需无功功率,对电网无功功率实现动态无功补偿。但当电力系统中没有励磁控制器时,即使增加 系统也不一定能保持稳定,故可考虑
在同步发电机上配置 PSS 并对其参数进行适当调节。为保证风电并网系统的暂态
稳定性和电能质量不降低,本文提出研究使用-PSS 控制方案来改善并网风电场发出的电能质量和故障穿越能力。研究结果表明-PSS 控制策略能有效恢复风电并入点故障后的电压,提高风电场的故障穿越能力,改善风电并网系统的暂态稳定性和风力发电机组的电能质量。
(4)提出基于微分进化(DE)法的 AVR-PSS 协同控制策略。为解决风电并网系统的稳定性问题,本文从经济性出发,考虑在风电并网系统的 SG 中安装 PSS。但 PSS 以牺牲 AVR 为代价来提供阻尼和振荡稳定性,AVR 以牺牲鲁棒性振荡稳定来提供暂态稳定性,因此要获得系统较好电压调节和振荡阻尼,AVR 和 PSS 的同步调节是必需的。为此本文提出利用 DE 算法来解决 SG 中 AVR 和 PSS 参数的最优调节问题,并利用仿真软件在有、无 PSS 以及是否使用 DE 算法的各种情况下对风电并网系统稳定性进行了仿真研究分析,研究结果表明基于 DE 算法的 AVR-PSS 的协同调节能改善风电并网系统的稳定性。
(5)提出基于 DFIG-FMAC-PSS