电力系统外文翻译--大型电力系统中由于双馈感应发电机的渗透增加引起的阻尼功率振荡的辅助控制（译文）

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1、PDF原文：http:/ 毕业设计（论文）译文部分   原文著作（期刊）名称： Supplementary Control for Damping Power Oscillations due to Increased Penetration of Doubly Fed Induction Generators in Large Power Systems 作         者： Durga Gautam 原文出版单位： Power System Engineering Research Center 原文出版时间： 2011 原文出版 地点

2、 ： 美国   大型电力系统中由于双馈感应发电机的渗透增加引起的阻尼功率振荡的辅助控制  摘     要  本文主要研究 在一个大型互联电力系统 中 双馈感应发电机（ DFIGs） 的 增加渗透 对 机电振荡模式 的影响。 这项工作提出了一种控制机制， 旨在为 一个类似 双馈感应发电机（ DFIG） 的同步机的 PSS设计 一个 电力系统稳定器（ PSS） 。 风力发电机的功率输出作为 PSS的 输入。 有功功率命令是对电力系统振荡的相位相反的调制，被馈送到双馈感应发电机的有功功率控制回路 ， 以 双馈感应发电机的端电压为 PSS输入 的一个额

3、外控制 信号 被馈送到的无功功率控制环 路 。 该机制 的作用 是提高采用特征值分析验证临界模式的阻尼。 这项工作还比较了两种不同的控制机制 可以采用的阻尼低频跨区域振荡模式。 后者考虑到电网频率变化以修改的双馈感应发电机的转矩设定点的想法为基础。 该篇文章 所提出的技术 会 在一个代表着美国中西部互联部分的大的测试系统上进行测试。  关键词： 双馈感应发电机 ， 风力发电机组 ， 暂态稳定 ， 小信号稳定 ， 灵敏性 ， 惯性  第 1 章  简介  环境问题 的 日益严重， 人类 试图减少对化石燃料的依赖，使可再生能源 成为 电力行业的主流。 在各种

4、可再生资源中，风力发电拥有最有利的技术和经济前景 1。当 按传 统的小规模部署 时，风力涡轮发电机（风力发电机组）对电力系统稳定 性的影响是最小的。然而 ，当发电机的渗透水平的增加时，电力系统的动态性能很可能 会 受到影响。  在几 种 风力发电技术 中 ，利用双馈感应发电机（ DFIGs） 的 变速风力涡轮机 的使用 在电力行业越来越突出 。因为它的性能在很大程度上由转换器和与之相关的控制决定，所以可以认为一台双馈 反应发电机是一台异步机，它们主要通过以下的四个机制 （他们本身 不影响机电 模式） 影响机电模式的阻尼 ：  1、  取代同步电机，从而影响机电模式

5、；   2 2、  通过 影响重大的路径流动 ， 从而影响同步 机 的 转速；  3、  取代装有 电力系统稳定器的同步电机，从而影响机电模式；  4、  双馈 反应发 电机 的 控制 与 附近的大型同步发电机的 阻尼力矩 相互作用 ，从而影响机电模式 。  双馈感应发电机 中心的电力电子变换器控制着发电机的性能，是发电机和电网之间的接口。应用 传统的控制，转子电流始终会提取最大的风能，因此， 双馈反应发电机 风力发电场的渗透增加，系统的有效惯性将会减小，大扰动后系统的可靠性将会受到显著影响。  为了提高系统 基于

6、风电场 DFIG 的高渗透 力的阻尼，最近在文献中已经引入了辅助 PSS回路的双馈感应发电机的概念。 在 2 提出 的 辅助 PSS 回路 可以 改变 双馈 反应发电机的定子电流，从而 增加了系统中的同步发电机的阻尼转矩。 采用的控制理念类似的同步发电机的 PSS， 由一个冲洗块， PSS 增益和相位补偿 组成， 输入信号是来自 DFIG 定子电功率 。在 3 中， 由 频率偏差 引起的 一个辅助信号作为 PSS 的输入 ， 该文中提出的测试系统中，应该同时改善区域振荡阻尼和与之相关建议的 PSS。 在 4 中，来源于端子电压的辅助控制信号作为 PSS 的输入，在有源电力控制回路中，稳定的信号

7、被馈送到转子正交电压，以便提供附加阻尼。  到目前为止，在文献中提出的控制机制只局限于小型试验系统 ，而在大型电 网中由于双馈反应发电机的显著渗透使得控制机制的要求有所改变。 本文 的 主要 目的是 在大型电网中为变速恒频双馈风力农场的实施 开发一个辅助控制策略。 具体而言， 当系统容易受到小扰动影响时， 作 用于功率转换器的 有 率和 无功 命令 由正常运行条件和补充控制回路 中的与最大跟踪功率相结合的要求 来确定 。该方法涉及到一个相当大的系统使用商业级软件的详细分析。  本文由六个部分组成。第二部分是在以上提到的概念和机制下介绍风机的特点和建模； 第三 部分 论述与

8、双馈感应发电机的 渗透相关的 小信号稳定性 ；第四部分详细阐述了小信号稳定性下，可以减轻双馈反应发 电机渗透增加的改进方法； 第五部分 则 在 一个大的测试系统 中实施辅助控制分析； 第六部分从分析中得出结论。  第 2 章  双馈反应发电机的控制与建模  双馈反应发电机是一台 绕线转子异步发电机 ，电压源转换器连接在转子的滑环上，参考文献 5， 6提供了双馈感应发电机的操作的详细描述。 下面的部分讨论了稳态及动态分析 下 的双馈感应发电机的建 模。  2.1 稳态分析和建模  将一个农场内的风力发电机组合并成一个单元， 其容量是所有单个机组容

9、量之和。风电场的大型电源在单个变电站处接入电网。由于 双馈 反应 发电机组 有发出无功功率的 能力 ，在 稳态分析 5 中 ， 风电场建模为 有适当无功限制的 PV 母线。   3 2.2  动态分析 和建模  潮流提供了动态模拟的初始条件， 风电场的建模为一个单一的等效机。一个 考虑了大量的风力涡轮机的完整的风电场模型必然会提高 计算的负担 。此外，由于建模时考虑的电源系统很大，建模目的是观察风电场的外部网络，而不是内部的渗透作用，这种假设是很合理的。以下一一列举了几个 影响双馈反应发电机动态特性的 因素及其作用分析 5 ：  1、 涡轮空气动力学；

10、 2、 涡轮机械控制（也叫桨距控制）控制传递到轴的机械功率 ；  3、 轴动力学模拟成两个质量轴， 一个 表示 转子 /涡轮 叶片 ，另一个代表 第 发电机 ；  4、 发电机的电特性 由于转子侧变换器对转子电流的驱动非常快，忽视转子的磁通动力学，其模型表现为一个受控电流源；  5、 电气控制 常用的控制器有三种，频率 /有功功率控制，电压 /无功功率控制及俯仰角 /机械动力控制。  三个主要的控制器提供 以上三种控制。 此外， 我们也考虑了一个 基于 功率 输出（ Pe）计算 转子 相对 转速（ ref） 的模型。 额定风速下，转子的相对转速

11、为正常值 1.2pu，但输出电压低于 75时，转子相对转速按下式计算 6：  51.042.167.0 2 eer e f PP                           （ 2 1）  双馈感应发电机的有功功率和桨距角控制器的示意图如在图 2-1。 涡轮的空气动力学与机械功率从风中提取一个给定的俯仰角和叶尖速比（汽轮机的转速风速度比）。风力发电模型计算从风中提取的机械功率 计算 如下 7 ：   ,2 3 pwrm CVAP

12、                          （ 2 2）  其中， mP ： 从风中提取的机械功率 ； ：空气密度； rA ： 转子叶片所扫过的面积 ； WV ：风速；   pC ：功率因素；   ： 叶尖速比 ； ： 螺距角 。  如图 2-1 所示的风力发电模型的输入是风速（ WV ），螺距角（ ）和涡轮转速（ t ）。螺距角控 制器控制机械功率输出。 风速高于 额定值 时 ， 叶片 到轴的 限制机械动力设 定为（

13、 1.0p.u）。 当风速低于额定电流值时，设置叶片为最小间距，以最大限度地提高的机械动力。对于评估风电模型和注入到电网的电功率的机械动力取决于感应发电机的运动方程。考虑到单个以及整体的涡轮叶片和发电机，轴动力学建模为两个质量轴。因此该模型可以对 发电机转子速度（ e ）和涡轮转速（ t ） 进行评估转子相对转速的偏差（ ref ）可以同时驱动桨距角控制器和转矩控制模块。  除了 可以 驱动桨距角控制器 的 响应速度误差（ err ）外，双馈感应发电机具有一个额外的 模 块，称为“螺距补偿 ”，它可以 提供桨距角 由于测定时输出功率的偏差引起的的误差信号。 当输出功率超过额定值时， 螺距补偿器使桨距角增加，从而使功率达到到额定值。