联合超导储能提高含风电多机系统暂态稳定性的方法研究

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随着风力发电装置的单机容量不断增大和系统风电所占比例的逐渐提高,风电场并网运行对电网的安全稳定运行提出了更高的要求。在电网发生短路故障时,风机并网点的输出特性也会参与到电网的恢复过程中,对系统的暂态功角稳定性产生一定的影响,合理的使用双馈风机(DFIG)并网点所配备的补偿装置改善并网点输出功率能够有效地提高含风机系统暂态功角稳定性,而超导储能装置(SMES)由于其灵活的四象限调节能力和快速响应性,近些年来在电网得到了广泛的应用。因此,研究利用SMES提高含风电多机系统暂态稳定性是意义的。
  本文依据双馈风机的拓扑结构和运行原理,首先分析了双馈风机(DFIG)对系统暂态功角稳定的影响途径,然后利用DFIG的等效导纳模型对系统的节点导纳矩阵进行了修正,进一步推导出了系统功角变化过程中等值机械功率变化量与DFIG接入位置信息和DFIG功率外特性的关联关系。在此基础上,利用提前离线计算得出的位置参数在整个功角变化过程中的零点确定出等值机械功率的增
  减区间,并通过分析系统等值机械功率的增减性质对系统功角的影响,提出了一种联合SMES提高含风电多机系统暂态功角稳定性的综合控制策略,充分利用SMES灵活的四象限调节能力和快速响应性,改善暂态期间双馈风机并网点的有功无功功率,增大系统的减速面积,减小系统的加速面积,达到提高系统暂态功角稳定性的目的。并搭建了含风机-超导储能装置的MATLAB仿真模型,仿真对比了本文所提方法与传统仅按功角增减控制的方法对系统等值功角的改善情况,验证了本文所提方法的优越性。
  考虑到双馈风机和超导储能装置变流器结构的相似性,本文进一步将SMES单元并联在风机直流侧,给出了一种基于SMES电压型变流器的双馈风机发电系统。这种方式在稳态时能够平抑DFIG功率波动,在暂态期间还能够利用超导磁体吸收双馈风机定转子间的不平衡能量,维持直流母线电压稳定,使得DFIG在故障期间也能按需求向系统输入输出功率,有效提高系统的暂态稳定性。最后通过仿真分析,验证了所提系统的有效性。
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