变速风力发电系统基于电力电子装置的扭振抑制策略研究

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1、上海交通大学硕士学位论文变速风力发电系统基于电力电子装置的扭振抑制策略研究硕士研究生：刘李勃学号：1120319007导师：解大副教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年1月20日授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSTUDYONTORSIONALVIBRATIONDAMPINGUSINGPOWERCONVERTERSFORTHEVARIABLESPEEDWINDTURBI

2、NESYSTEMCandidate：LiuLiboStudentID:1120319007Supervisor：AssociateProf.XieDaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringSchoolofElectronicInformationandAffiliation：ElectricalEngineeringthDateofDefence：Jan,20,2015Degree-Conferring-Institution：Sha

3、nghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文摘要现代并网型风电场的规模在不断增大的同时，风电场异常运行的事件也在不断增多，其中，风电场运行时由网侧电气小扰动、电力系统故障等因素激发的低于工频频率下的有功功率振荡现象，已开始引起广泛的关注。研究表明，该有功功率振荡频率与风机轴系的机械动态有关，最终作用在轴系上表现为机械扭转力矩，即轴系扭振现象，如果风机轴系或发电机电磁转矩不能及时产生阻尼作用，甚至会导致机组轴系机械结构损坏。目前，国内外扭振抑制策略的研究主要着重于改善轴系机械性能来提高系统阻尼，虽然起到了一定的阻尼效果，但

4、成本偏高，不具备普遍的应用价值；而本文提出的扭振抑制策略，利用风机自身的电力电子装置，在传统的控制方法中附加阻尼控制，起到增大系统阻尼的效果，具有实现简单，成本低等优势，为此，本文进行了如下工作。首先，阐述了国内外风电场扭振现象发生的情况，介绍了目前扭振抑制策略的研究状况。其次，以双馈风机为例，建立了机组各模块的数学模型，提出了双馈风机转子侧逆变器抑制扭振的控制策略，利用模态分析法和频谱分析法从理论上证明了该方法能有效增大系统阻尼，并进行了仿真验证。最后，本文又研究了STATCOM和储能系统对机网扭振的抑制作用，分别对STATCOM和储能系统进行

5、数学建模，提出基于上述两种设备的扭振抑制策略，并通过Matlab/Simulink平台进行时域仿真，验证了这两种电力电子设备在本文提出的附加阻尼控制方法下，能够提高风机系统的阻尼特性，有效的抑制机网扭振。关键词：扭振，抑制策略，双馈风机，STATCOM，储能系统I上海交通大学硕士学位论文STUDYONTORSIONALVIBRATIONDAMPINGUSINGPOWERCONVERTERSFORTHEVARIABLESPEEDWINDTURBINESYSTEMABSTRACTTheabnormaloperationeventsofmoderngr

6、id-connectedwindfarmsaregrowingwiththeirscalecontinuouslyincreasing.Intheseevents,thewindfarmactivepoweroscillationatalowerfrequencythantheratedone,whicharecommonlycausedbythegriddisturbancesandfaults,havecausedawideinterestofacademicandengineering.Recentresearchshows,theseac

7、tivepoweroscillationsareconsideredbeassociatedwiththemechanicaldynamicsoftheshaftsystem.Iteventuallyappearsintheformofmechanicaltorqueactingontheshaft,i.e.torsionalvibrations,andcouldpotentiallyleadtodamageofwindturbinesshaftingmechanicalstructure.Althoughthedampingsituationc

8、anbeimprovedmechanically,e.g.throughsuitablydesignedcouplingswithrub