高比例并網(wǎng)風(fēng)電及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析

目錄
“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備叢書”序
序一
序二
前言
緒論
第1章 高比例并網(wǎng)風(fēng)電與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)問(wèn)題 3
1.1 高比例并網(wǎng)風(fēng)電基本情況 3
1.1.1 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.1.2 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì) 4
1.2 高比例并網(wǎng)風(fēng)電引起的事故及其對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的影響 5
1.3 風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及其演化 7
1.3.1 風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì) 7
1.3.2 有功功率與頻率控制能力 8
1.3.3 無(wú)功功率與電壓控制能力 9
1.3.4 故障穿越能力 9
1.4 風(fēng)電場(chǎng)與風(fēng)電機(jī)組的控制架構(gòu) 12
1.4.1 風(fēng)電場(chǎng)的匯集方式與控制 13
1.4.2 風(fēng)電機(jī)組的典型拓?fù)渑c控制 15
1.5 含高比例并網(wǎng)風(fēng)電電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問(wèn)題 21
1.5.1 并網(wǎng)風(fēng)電多尺度序貫響應(yīng)過(guò)程 21
1.5.2 并網(wǎng)風(fēng)電多尺度動(dòng)態(tài)特性 23
1.5.3 含高比例并網(wǎng)風(fēng)電電力系統(tǒng)的多尺度動(dòng)態(tài)問(wèn)題 23
1.6 本書的章 節(jié)安排 25
參考文獻(xiàn) 26
上篇 并網(wǎng)風(fēng)電及其控制
第2章 風(fēng)力機(jī)及其控制 31
2.1 引言 31
2.2 風(fēng)能捕獲與風(fēng)力機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性 32
2.2.1 風(fēng)能捕獲與轉(zhuǎn)化 32
2.2.2 風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性 35
2.2.3 傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)及其模型 36
2.3 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行工作區(qū) 39
2.3.1 昀大風(fēng)能跟蹤 39
2.3.2 風(fēng)力機(jī)的不同運(yùn)行工作區(qū)及運(yùn)行曲線 40
2.4 風(fēng)力機(jī)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(fēng)電機(jī)組的快速頻率響應(yīng)控制 44
2.5.1 風(fēng)電機(jī)組的慣性響應(yīng)控制 44
2.5.2 風(fēng)電機(jī)組的一次調(diào)頻控制 46
2.6 小結(jié) 52
參考文獻(xiàn) 53
第3章 電網(wǎng)對(duì)稱條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變換器的矢量控制 55
3.1 引言 55
3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 55
3.2.1 三相靜止坐標(biāo)系中異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 55
3.2.2 任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 60
3.2.3 三相靜止坐標(biāo)系中永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 63
3.2.4 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 64
3.3 機(jī)側(cè)變換器及其矢量控制 65
3.3.1 雙饋異步發(fā)電機(jī)的矢量控制 65
3.3.2 鼠籠式異步發(fā)電機(jī)的矢量控制 70
3.3.3 永磁同步發(fā)電機(jī)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(xué)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(jié) 82
參考文獻(xiàn) 83
第4章 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其變換器的矢量控制 85
4.1 引言 85
4.2 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下雙饋發(fā)電機(jī)及變換器的動(dòng)態(tài)模型 85
4.2.1 不對(duì)稱三相電磁量的瞬時(shí)對(duì)稱分量及其表達(dá)形式 86
4.2.2 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下網(wǎng)側(cè)、機(jī)側(cè)變換器的數(shù)學(xué)模型 88
4.3 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下的控制目標(biāo)設(shè)計(jì) 98
4.3.1 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下雙饋型風(fēng)機(jī)機(jī)側(cè)變換器的控制目標(biāo) 98
4.3.2 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下網(wǎng)側(cè)變換器的控制目標(biāo) 101
4.4 基于正/反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(shè)計(jì) 104
4.4.2 雙饋型風(fēng)機(jī)機(jī)側(cè)變換器雙dq、PI電流調(diào)節(jié)器的控制設(shè)計(jì) 108
4.5 基于正轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(shè)計(jì) 110
4.5.2 機(jī)側(cè)變換器PI-R電流調(diào)節(jié)器的控制設(shè)計(jì) 112
4.6 機(jī)側(cè)變換器輸出電壓約束對(duì)不對(duì)稱控制的影響及對(duì)策 114
4.7 電網(wǎng)不對(duì)稱條件下矢量控制基準(zhǔn)檢測(cè)技術(shù) 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(duì)稱條件下的鎖相環(huán)技術(shù) 119
4.7.3 正、負(fù)序雙dq型鎖相環(huán)技術(shù) 121
4.7.4 基于正、負(fù)序分解原理的鎖相環(huán)技術(shù) 124
4.7.5 基于廣義積分器原理的鎖相環(huán)技術(shù) 126
4.8 小結(jié) 127
參考文獻(xiàn) 128
第5章 電網(wǎng)對(duì)稱/不對(duì)稱短路故障下風(fēng)電機(jī)組穿越運(yùn)行 131
5.1 引言 131
5.2 并網(wǎng)導(dǎo)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(jī)的特性分析 134
5.3.1 正常工況下雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)特性 134
5.3.2 三相電壓對(duì)稱跌落下雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)特性 135
5.3.3 三相電壓不對(duì)稱跌落下雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)特性 138
5.4 故障穿越軟件控制算法 141
5.4.1 動(dòng)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(shù) 148
5.5.2 制動(dòng)斬波器 150
5.5.3 機(jī)械制動(dòng)與緊急變槳 151
5.6 全功率型風(fēng)機(jī)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(jié) 155
參考文獻(xiàn) 156
下篇含高比例風(fēng)電電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析
第6章 含高比例風(fēng)電電力系統(tǒng)的電磁尺度小信號(hào)頻域建模及分析 161
6.1 引言 161
6.2 含高比例風(fēng)電電力系統(tǒng)的電磁尺度小信號(hào)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(luò)模型 168
6.2.3 阻抗網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)矩陣 169
6.3 基于頻域模式法的系統(tǒng)動(dòng)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(diǎn)和回路對(duì)振蕩模式的參與因子計(jì)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(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定性分析 179
6.4.1 沽源風(fēng)電場(chǎng)電磁尺度小信號(hào)頻域模型 179
6.4.2 沽源風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)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(jié)果驗(yàn)證 182
6.5 小結(jié) 184
參考文獻(xiàn) 185
第7章 不對(duì)稱故障穿越期間風(fēng)電機(jī)組及網(wǎng)絡(luò)的電磁時(shí)間尺度小信號(hào)動(dòng)態(tài)建模與分析 187
7.1 引言 187
7.2 不對(duì)稱故障穿越期間風(fēng)電機(jī)組頻域小信號(hào)建模 187
7.2.1 風(fēng)電機(jī)組建模考慮的簡(jiǎn)化條件 188
7.2.2 風(fēng)電機(jī)組輸入輸出原始關(guān)系 191
7.2.3 風(fēng)電機(jī)組頻域小信號(hào)模型 200
7.3 計(jì)及電流動(dòng)態(tài)的不對(duì)稱故障網(wǎng)絡(luò)頻域小信號(hào)模型 206
7.3.1 靜止坐標(biāo)系中不對(duì)稱故障網(wǎng)絡(luò)的外端口輸入-輸出關(guān)系 207
7.3.2 正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中不對(duì)稱故障網(wǎng)絡(luò)的頻域小信號(hào)模型 211
7.4 不對(duì)稱故障穿越期間風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性分析 215
7.4.1 并網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)穩(wěn)定性問(wèn)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(hào)穩(wěn)定性分析 226
7.5 小結(jié) 237
參考文獻(xiàn) 238
第8章 風(fēng)電機(jī)組的機(jī)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(fēng)電機(jī)組的機(jī)電尺度暫態(tài)模型及暫態(tài)特性分析 240
8.2.1“激勵(lì)-響應(yīng)”關(guān)系建模思路 241
8.2.2 機(jī)電尺度模型考慮的控制策略及簡(jiǎn)化條件 242
8.2.3 基于“激勵(lì)-響應(yīng)”關(guān)系的機(jī)電尺度暫態(tài)模型 244
8.2.4 機(jī)電暫態(tài)特性分析 250
8.3 單風(fēng)電機(jī)組-無(wú)窮大系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)行為分析 253
8.3.1 單風(fēng)電機(jī)組-無(wú)窮大系統(tǒng)的功率傳輸特性 255
8.3.2 單風(fēng)電機(jī)組-無(wú)窮大系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理 256
8.3.3 單風(fēng)電機(jī)組-無(wú)窮大系統(tǒng)機(jī)電相位暫態(tài)穩(wěn)定性分析 261
8.3.4 無(wú)功支路控制對(duì)單風(fēng)電機(jī)組-無(wú)窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響 268
8.4 風(fēng)電機(jī)組-同步機(jī)兩機(jī)系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定性 273
8.4.1 兩機(jī)系統(tǒng)功率傳輸特性 274
8.4.2 兩機(jī)系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理 277
8.4.3 兩機(jī)系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)行為分析 279
8.4.4 兩機(jī)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(jié) 285
參考文獻(xiàn) 286
第9章 風(fēng)電機(jī)組快速頻率響應(yīng)特性及其對(duì)電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)的影響 287
9.1 引言 287
9.2 含高比例風(fēng)電的電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)問(wèn)題 288
9.2.1 同步機(jī)主導(dǎo)的電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài) 288
9.2.2 高比例并網(wǎng)風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響 289
9.3 含快速頻率響應(yīng)控制的風(fēng)電機(jī)組機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程建模 290
9.3.1 內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)方程 290
9.3.2 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)動(dòng)方程模型 291
9.4 風(fēng)電機(jī)組的慣量響應(yīng)特性 299
9.4.1 風(fēng)電機(jī)組慣量的特點(diǎn) 299
9.4.2 不同工作區(qū)參數(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組慣量特性的影響 300
9.5 風(fēng)電機(jī)組快速頻率響應(yīng)控制對(duì)電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)的影響分析 303
9.5.1 含雙饋型風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)分析方法 303
9.5.2 風(fēng)電機(jī)組工作區(qū)與控制器參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)的影響分析 306
9.6 風(fēng)電機(jī)組快速頻率響應(yīng)控制帶來(lái)的其他影響 310
9.6.1 風(fēng)電機(jī)組快速頻率響應(yīng)控制對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩的影響 311
9.6.2 風(fēng)電機(jī)組快速頻率響應(yīng)控制對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭振的影響 314
9.7 小結(jié) 321
參考文獻(xiàn) 322
附錄1 矢量和復(fù)傳遞函數(shù)的坐標(biāo)系變換關(guān)系 323
附錄2 復(fù)傳遞函數(shù)與實(shí)傳遞函數(shù)矩陣描述的變換關(guān)系 324
附錄3 雙饋型風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)仿真參數(shù) 326
附錄4 典型發(fā)電機(jī)組及系統(tǒng)仿真參數(shù) 327