电力系统发电特性论文提纲

论文题目：直驱式风电并网系统的惯量特性分析研究

摘要：直驱式风电（Directly-driven wind turbine with permanent-magnet synchronous generator,D-PMSG）系统凭借其结构紧凑、维护简单、可靠性高等优点受到了广泛的关注。不同于传统同步发电机（Synchronous generator,SG）,D-PMSG机组并网发电系统含有电力电子变流器,其大规模并网造成电力系统呈现出低惯量、弱阻尼特性;同时,现有D-PMSG并网系统结构多样、变流器控制各异,尚未形成统一的并网结构和控制方案,致使接入电网的变流器对外表现出较大的惯量特性差异,危及电力系统的安全稳定运行。因此研究D-PMSG的惯量特性具有十分重要的意义,主要研究内容如下:首先,针对基于虚拟同步发电机控制（Virtual synchronous generator,VSG）控制的D-PMSG并网逆变器惯量特性物理意义不明确的问题,提出了惯量特性分析方法,分析了在VSG控制下的惯量、阻尼等特性的影响因素;通过对比SG的惯量特性,分析了两者系统的惯量特性的差异,并推导了基于VSG控制的D-PMSG并网系统的惯量支撑表达式及其惯量特性影响规律。然后,针对D-PMSG并网系统中储能环节的储能特性,提出了含储能环节的D-PMSG系统的惯量特性分析方法。依据传统发电系统与风力发电系统在物理结构、特征参数以及运行规律上的相似性,从风机转子动态建模出发,通过电磁功率的交换过渡到直流侧电容动态,并建立D-PMSG等效数学模型。利用电气转矩分析法,从惯量来源、决定因素等角度研究了其惯量特性,得出了D-PMSG的惯量特性表达式及其规律,为分析大规模风电并网系统的惯量特性奠定了基础。最后,基于惯量特性分析研究了 D-PMSG并网系统的稳定性问题。通过对机侧和网侧变流器的小信号模型的分析,建立不同时间尺度的系统分析模型,根据等效参数的变化,分析不同控制系统和控制参数以及结构参数对D-PMSG并网系统稳定性的影响,得到不同频段下系统等效参数的变化规律,并通过仿真实验验证了分析的正确性。本文的研究对于大规模新能源消纳以及电力电子化电力系统的发展具有重要的研究意义。

关键词：直驱式风力发电系统;惯量阻尼特性;动态特性分析;电力电子化电力系统;多时间尺度建模

学科专业：电力电子与电力传动

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 D-PMSG并网系统分析方法研究现状

1.3 D-PMSG并网系统惯量控制技术研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基于VSG控制的D-PMSG惯量特性分析

2.1 D-PMSG机组的数学模型与控制结构

2.2 基于VSG控制的D-PMSG机组惯量特性分析

2.3 VSG控制的D-PMSG与SG机组惯量特性比较分析

2.4 仿真分析验证

2.5 本章小结

第3章 考虑D-PMSG储能环节的惯量控制与特性分析

3.1 D-PMSG并网系统各储能环节的结构

3.2 D-PMSG系统储能环节的惯量控制及各环节特性分析

3.2.1 机侧变流器的惯量控制及特性分析

3.2.2 网侧逆变器的惯量控制及特性分析

3.2.3 储能型变流器系统的惯量控制及特性分析

3.3 含储能环节的D-PMSG全系统的惯量特性分析

3.4 仿真与实验分析验证

3.5 本章小结

第4章 基于惯量特性分析的D-PMSG机组稳定性研究

4.1 D-PMSG机组并网系统与控制结构

4.2 机网侧变流器的小信号建模与分析

4.2.1 机侧变流器的小信号建模与分析

4.2.2 网侧变流器的小信号建模与分析

4.3 基于惯量特性分析的D-PMSG系统稳定性分析

4.4 仿真与实验分析验证

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢