论文总字数：23851字

摘 要

我国风力资源主要集中在西北华北，而主要负荷经济中心则在东南沿海，因此风电资源必然需要长距离传送。风电外送系统一般采用串联电容补偿技术或高压直流输电技术，以提高线路稳定性，但串联电容补偿技术或高压直流输电技术存在诱发系统功率振荡的风险。因此，需要对风电系统接入电网诱发强迫低频振荡的机理进行分析，对风电系统接入电网诱发功率振荡特性进行分析并研究此类振荡的辨识方法，这对保障互联系统的稳定运行具有非常重要的现实意义。

本文基于风机特性给出了详细的风机建模过程，详细给出了风速和双馈风力机各部分的数学模型，包括机械传动系统、发电机和控制系统。研究分析了风机并入电网时会对系统造成的影响。随后在MATLAB/Simulink平台上，基于经典四机两区域简单电力系统，通过比较风机并入前后，来分析对联络线原有振荡模式的影响。

详细阐述了双谱的原理，用双谱分析法对联络线上的有功功率进行分析，初步得出了不同振荡模式下、风机并入前后的不同双谱特征。并且在得到的谱特征的基础上加以总结，提出了基于谱特征的判别方法，用来判别有无风机以及是哪种振荡模式，最终总结出了经验，即其中负阻尼模式和稳态强迫模式的区别在于谱特征的密度不同，强迫振荡频率要集中的多，负阻尼的图像要发散的多；而加入风机将会使两种振荡的双谱更加发散，而且可能引入自身新的频率振荡，改变原有的信号耦合关系。

关键词：DFIG型风机、双谱、负阻尼振荡、强迫振荡、振荡模式判别

Abstract

The characteristics of the reverse distribution of China's resources and load centers make it imperative for large-capacity, long-distance wind power to be delivered.Wind power transmission systems generally use series capacitance compensation technology or high-voltage direct current transmission technology, which can reduce the line loss, improve the transmission capacity and stability of the line, but the series capacitance compensation technology or HVDC transmission technology has the risk of inducing system power oscillation.

A detailed wind modeling process based on wind power system characteristics is presented. The mathematical models of wind speed and various parts of the doubly-fed wind turbine are presented in detail, including mechanical transmission systems, generators and control systems.The study analyzed the impact of the system when the wind turbine was incorporated into the grid.Then on the MATLAB/Simulink platform, based on the classic four-machine two-zone simple power system, the influence of the original oscillation mode of the tie line was analyzed by comparing if the wind turbine has been added to the system.

The principle of bispectrum is described in detail. And then The bispectrum analysis method is used to analyze the active power on the tie line. The different bispectrum features of the different oscillation modes has been concluded. Based on the obtained spectral features, a discriminating method based on spectral features was proposed to discriminate whether or not there are wind turbines and what kind of oscillation modes is.Finally summed up the experience, that is, the difference between the negative damping mode and the steady-state forced mode is that the density of the spectral features is different, the forced oscillation frequency should be concentrated, and the negative damping image should be divergence.Adding the wind turbine will make the two oscillations more divergent, and may introduce new frequency oscillations to change the original signal coupling.

KEY WORDS:DFIG,bispectrum,Negative damping oscillation,Forced oscillation,Oscillation mode discrimination

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1论文选题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1风力发电技术发展现状与发展趋势 1

1.2.2电力系统低频振荡的研究现状 2

1.2.3双谱分析法发展现状 3

1.3 本文的主要研究工作 3

第二章 DFIG型风力发电系统建模 4

2.1风速模型 4

2.1.1风速建模 4

2.1.2空气动力学特性 6

2.2DFIG风机建模 7

2.2.1机械传动建模 7

2.2.2DFIG数学建模 8

2.2.3变换器模型及其控制系统模型 9

2.3本章小结 10

第三章 含DFIG的电力系统低频振荡分析 11

3.1低频振荡产生机理 11

3.1.1强迫振荡的机理与特性 11

3.1.2负阻尼振荡的机理与特性 13

3.2 低频振荡的改善措施研究 13

3.3风机引起低频振荡的算例仿真验证 15

3.3.1负阻尼振荡分析 16

3.3.2强迫振荡分析 18

3.4本章小结 21

第四章 基于双谱的低频振荡辨识 22

4.1双谱分析的理论基础 22

4.1.1高阶谱的定义及性质 22

4.1.2双谱的定义及性质 22

4.1.3双谱的算法 23

4.1.4双谱的优点 24

4.2双谱分析低频振荡 25

4.2.1matlab中调用双谱简介 25

4.2.2双谱计算强迫振荡负阻尼振荡实例 25

4.2.3负阻尼振荡与强迫振荡的双谱图像分析验证 27

4.3基于双谱结果进行振荡模式辨识 28

4.4本章小结 28

第五章 总结与展望 30

5.1本文主要工作内容总结 30

5.2展望 31

致谢 32

参考文献 33

绪论

1.1论文选题背景及意义

我国风力资源主要集中在西北华北，而主要负荷经济中心则在东南沿海，因此风电资源必然需要长距离传送。风电外送系统一般采用串联电容补偿技术或高压直流输电技术，以提高线路稳定性，但串联电容补偿技术或高压直流输电技术存在诱发系统功率振荡的风险。因此，需要对风电系统接入电网诱发强迫低频振荡的机理进行分析，对风电系统接入电网诱发功率振荡特性进行分析并研究此类振荡的辨识方法，这对保障互联系统的稳定运行具有非常重要的现实意义。

目前国内外学者对大规模风电系统接入电网诱发功率振荡的模态的分析多采用特征结构分析法，此外还有诸如快速傅里叶变换，希尔伯特–黄变换等一系列方法，但特征结构分析法运用较多，此研究方法对系统模型的精确性要求较高，并且得到的信息有限，无法进行更深入的研究，也无法满足系统对分析精确性的要求。利用高阶谱分析方法分析风电系统功率振荡特性具有对噪声不敏感的优越性并且得到更丰富的信息，因此本课题研究利用高阶谱分析方法对风电外送系统导致的负阻尼和强迫振荡模态进行分析，运用双谱分析法对负阻尼振荡和强迫振荡模态进行分析，提取振荡的谱分析特征，根据谱分析的图像结果，以此得到负阻尼振荡强迫振荡两种振荡的特征，总结出振荡的性质判别方法。这对减小风电外送系统功率振荡对系统的影响、提高风能利用率具有重要意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1风力发电技术发展现状与发展趋势

人类对风能的利用由来已久，早在中国古代，人们对风的认识已经逐步深化， 风能被广泛应用于各个领域，农业上的风车，风力灌溉交通运输领域的风帆技术。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：23851字