高比例并網(wǎng)風電及系統(tǒng)動態(tài)分析

目錄
“智能電網(wǎng)技術與裝備叢書”序
序一
序二
前言
緒論
第1章 高比例并網(wǎng)風電與電力系統(tǒng)動態(tài)問題 3
1.1 高比例并網(wǎng)風電基本情況 3
1.1.1 風力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.1.2 風力發(fā)電的發(fā)展趨勢 4
1.2 高比例并網(wǎng)風電引起的事故及其對電力系統(tǒng)動態(tài)的影響 5
1.3 風電并網(wǎng)標準及其演化 7
1.3.1 風電并網(wǎng)標準的發(fā)展趨勢 7
1.3.2 有功功率與頻率控制能力 8
1.3.3 無功功率與電壓控制能力 9
1.3.4 故障穿越能力 9
1.4 風電場與風電機組的控制架構 12
1.4.1 風電場的匯集方式與控制 13
1.4.2 風電機組的典型拓撲與控制 15
1.5 含高比例并網(wǎng)風電電力系統(tǒng)的動態(tài)問題 21
1.5.1 并網(wǎng)風電多尺度序貫響應過程 21
1.5.2 并網(wǎng)風電多尺度動態(tài)特性 23
1.5.3 含高比例并網(wǎng)風電電力系統(tǒng)的多尺度動態(tài)問題 23
1.6 本書的章 節(jié)安排 25
參考文獻 26
上篇 并網(wǎng)風電及其控制
第2章 風力機及其控制 31
2.1 引言 31
2.2 風能捕獲與風力機的動力學特性 32
2.2.1 風能捕獲與轉(zhuǎn)化 32
2.2.2 風力機的空氣動力學特性 35
2.2.3 傳動鏈結構及其模型 36
2.3 風力機的運行工作區(qū) 39
2.3.1 昀大風能跟蹤 39
2.3.2 風力機的不同運行工作區(qū)及運行曲線 40
2.4 風力機的典型控制 41
2.4.1 轉(zhuǎn)速控制 42
2.4.2 槳距角控制 43
2.4.3 軸系振蕩的阻尼控制 43
2.5 風電機組的快速頻率響應控制 44
2.5.1 風電機組的慣性響應控制 44
2.5.2 風電機組的一次調(diào)頻控制 46
2.6 小結 52
參考文獻 53
第3章 電網(wǎng)對稱條件下風力發(fā)電機及其變換器的矢量控制 55
3.1 引言 55
3.2 風力發(fā)電機的數(shù)學模型 55
3.2.1 三相靜止坐標系中異步發(fā)電機的數(shù)學模型 55
3.2.2 任意速旋轉(zhuǎn)坐標系中異步發(fā)電機的數(shù)學模型 60
3.2.3 三相靜止坐標系中永磁同步發(fā)電機的數(shù)學模型 63
3.2.4 轉(zhuǎn)子坐標系中永磁同步發(fā)電機的數(shù)學模型 64
3.3 機側(cè)變換器及其矢量控制 65
3.3.1 雙饋異步發(fā)電機的矢量控制 65
3.3.2 鼠籠式異步發(fā)電機的矢量控制 70
3.3.3 永磁同步發(fā)電機的矢量控制 72
3.4 網(wǎng)側(cè)變換器及其矢量控制 73
3.4.1 網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型與穩(wěn)態(tài)特性 74
3.4.2 基于電網(wǎng)電壓定向的網(wǎng)側(cè)變換器矢量控制策略 80
3.5 小結 82
參考文獻 83
第4章 電網(wǎng)不對稱條件下風力發(fā)電機及其變換器的矢量控制 85
4.1 引言 85
4.2 電網(wǎng)不對稱條件下雙饋發(fā)電機及變換器的動態(tài)模型 85
4.2.1 不對稱三相電磁量的瞬時對稱分量及其表達形式 86
4.2.2 電網(wǎng)不對稱條件下網(wǎng)側(cè)、機側(cè)變換器的數(shù)學模型 88
4.3 電網(wǎng)不對稱條件下的控制目標設計 98
4.3.1 電網(wǎng)不對稱條件下雙饋型風機機側(cè)變換器的控制目標 98
4.3.2 電網(wǎng)不對稱條件下網(wǎng)側(cè)變換器的控制目標 101
4.4 基于正/反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標系中雙dq、PI電流調(diào)節(jié)器的矢量控制 104
4.4.1 網(wǎng)側(cè)變換器雙dq、PI電流調(diào)節(jié)器的控制設計 104
4.4.2 雙饋型風機機側(cè)變換器雙dq、PI電流調(diào)節(jié)器的控制設計 108
4.5 基于正轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標系中比例積分諧振電流調(diào)節(jié)器的矢量控制 110
4.5.1 網(wǎng)側(cè)變換器PI-R電流調(diào)節(jié)器的控制設計 110
4.5.2 機側(cè)變換器PI-R電流調(diào)節(jié)器的控制設計 112
4.6 機側(cè)變換器輸出電壓約束對不對稱控制的影響及對策 114
4.7 電網(wǎng)不對稱條件下矢量控制基準檢測技術 118
4.7.1 理想電網(wǎng)條件下的鎖相環(huán)原理 118
4.7.2 電網(wǎng)不對稱條件下的鎖相環(huán)技術 119
4.7.3 正、負序雙dq型鎖相環(huán)技術 121
4.7.4 基于正、負序分解原理的鎖相環(huán)技術 124
4.7.5 基于廣義積分器原理的鎖相環(huán)技術 126
4.8 小結 127
參考文獻 128
第5章 電網(wǎng)對稱/不對稱短路故障下風電機組穿越運行 131
5.1 引言 131
5.2 并網(wǎng)導則中的故障穿越要求 131
5.3 電網(wǎng)電壓跌落下雙饋發(fā)電機的特性分析 134
5.3.1 正常工況下雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子感應電動勢特性 134
5.3.2 三相電壓對稱跌落下雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子感應電動勢特性 135
5.3.3 三相電壓不對稱跌落下雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子感應電動勢特性 138
5.4 故障穿越軟件控制算法 141
5.4.1 動態(tài)定子磁鏈全前饋策略 142
5.4.2 去磁電流優(yōu)化控制 146
5.5 故障穿越硬件解決方案 148
5.5.1 Crowbar技術 148
5.5.2 制動斬波器 150
5.5.3 機械制動與緊急變槳 151
5.6 全功率型風機的故障穿越方案 152
5.7 故障穿越軟件硬件解決方案的序貫配合 152
5.8 小結 155
參考文獻 156
下篇含高比例風電電力系統(tǒng)動態(tài)分析
第6章 含高比例風電電力系統(tǒng)的電磁尺度小信號頻域建模及分析 161
6.1 引言 161
6.2 含高比例風電電力系統(tǒng)的電磁尺度小信號頻域建模 161
6.2.1 裝備的頻域阻抗模型 161
6.2.2 系統(tǒng)的頻域阻抗網(wǎng)絡模型 168
6.2.3 阻抗網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)矩陣 169
6.3 基于頻域模式法的系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性分析方法 171
6.3.1 系統(tǒng)振蕩模式的求取 171
6.3.2 節(jié)點和回路對振蕩模式的參與因子計算 174
6.3.3 參與振蕩的裝備定位及其靈敏度分析 178
6.4 案例：沽源風電場穩(wěn)定性分析 179
6.4.1 沽源風電場電磁尺度小信號頻域模型 179
6.4.2 沽源風電場動態(tài)穩(wěn)定性分析 180
6.4.3 基于電磁暫態(tài)仿真的分析結果驗證 182
6.5 小結 184
參考文獻 185
第7章 不對稱故障穿越期間風電機組及網(wǎng)絡的電磁時間尺度小信號動態(tài)建模與分析 187
7.1 引言 187
7.2 不對稱故障穿越期間風電機組頻域小信號建模 187
7.2.1 風電機組建模考慮的簡化條件 188
7.2.2 風電機組輸入輸出原始關系 191
7.2.3 風電機組頻域小信號模型 200
7.3 計及電流動態(tài)的不對稱故障網(wǎng)絡頻域小信號模型 206
7.3.1 靜止坐標系中不對稱故障網(wǎng)絡的外端口輸入-輸出關系 207
7.3.2 正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標系中不對稱故障網(wǎng)絡的頻域小信號模型 211
7.4 不對稱故障穿越期間風電機組并網(wǎng)系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性分析 215
7.4.1 并網(wǎng)系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性問題 215
7.4.2 并網(wǎng)系統(tǒng)序間耦合等效折算 217
7.4.3 并網(wǎng)系統(tǒng)序間相互作用量化方法 223
7.4.4 并網(wǎng)系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性分析 226
7.5 小結 237
參考文獻 238
第8章 風電機組的機電暫態(tài)特性建模及其并網(wǎng)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析 240
8.1 引言 240
8.2 風電機組的機電尺度暫態(tài)模型及暫態(tài)特性分析 240
8.2.1“激勵-響應”關系建模思路 241
8.2.2 機電尺度模型考慮的控制策略及簡化條件 242
8.2.3 基于“激勵-響應”關系的機電尺度暫態(tài)模型 244
8.2.4 機電暫態(tài)特性分析 250
8.3 單風電機組-無窮大系統(tǒng)的機電暫態(tài)行為分析 253
8.3.1 單風電機組-無窮大系統(tǒng)的功率傳輸特性 255
8.3.2 單風電機組-無窮大系統(tǒng)機電暫態(tài)穩(wěn)定機理 256
8.3.3 單風電機組-無窮大系統(tǒng)機電相位暫態(tài)穩(wěn)定性分析 261
8.3.4 無功支路控制對單風電機組-無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響 268
8.4 風電機組-同步機兩機系統(tǒng)的機電暫態(tài)穩(wěn)定性 273
8.4.1 兩機系統(tǒng)功率傳輸特性 274
8.4.2 兩機系統(tǒng)機電暫態(tài)穩(wěn)定機理 277
8.4.3 兩機系統(tǒng)機電暫態(tài)行為分析 279
8.4.4 兩機系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響因素及影響規(guī)律 283
8.5 小結 285
參考文獻 286
第9章 風電機組快速頻率響應特性及其對電力系統(tǒng)頻率動態(tài)的影響 287
9.1 引言 287
9.2 含高比例風電的電力系統(tǒng)頻率動態(tài)問題 288
9.2.1 同步機主導的電力系統(tǒng)頻率動態(tài) 288
9.2.2 高比例并網(wǎng)風電對電力系統(tǒng)頻率動態(tài)過程的影響 289
9.3 含快速頻率響應控制的風電機組機電運動方程建模 290
9.3.1 內(nèi)電勢運動方程 290
9.3.2 風電機組運動方程模型 291
9.4 風電機組的慣量響應特性 299
9.4.1 風電機組慣量的特點 299
9.4.2 不同工作區(qū)參數(shù)對風電機組慣量特性的影響 300
9.5 風電機組快速頻率響應控制對電力系統(tǒng)頻率動態(tài)的影響分析 303
9.5.1 含雙饋型風機的電力系統(tǒng)頻率動態(tài)分析方法 303
9.5.2 風電機組工作區(qū)與控制器參數(shù)對電力系統(tǒng)頻率動態(tài)的影響分析 306
9.6 風電機組快速頻率響應控制帶來的其他影響 310
9.6.1 風電機組快速頻率響應控制對電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響 311
9.6.2 風電機組快速頻率響應控制對風電機組傳動鏈扭振的影響 314
9.7 小結 321
參考文獻 322
附錄1 矢量和復傳遞函數(shù)的坐標系變換關系 323
附錄2 復傳遞函數(shù)與實傳遞函數(shù)矩陣描述的變換關系 324
附錄3 雙饋型風機并網(wǎng)系統(tǒng)仿真參數(shù) 326
附錄4 典型發(fā)電機組及系統(tǒng)仿真參數(shù) 327