大型光伏电站参与抑制电力系统低频振荡控制策略研究

摘要

日益增大的光伏并网容量和光伏发电比重可能会对电力系统的低频振荡特性产生不良影响，大型光伏电站应该具备参与抑制电力系统低频振荡的能力。本文以大型光伏电站并入单机无穷大系统为研究对象，在建立应用于低频振荡分析的系统模型基础上，研究分析大型光伏电站对电力系统低频振荡特性的影响，进而提出大型光伏电站参与抑制电力系统低频振荡的控制策略。主要研究内容包括：
　　（1）在考虑光伏电池输出特性、最大功率跟踪（MPPT）动态特性以及功率控制特性基础上分别建立了基于单位功率因数PQ模式、基于比例控制PV模式以及基于比例积分控制PV模式并网的大型光伏电站模型，同时结合同步发电机模型、PSS模型、输电线Π形等值电路最终建立应用于低频振荡分析的大型光伏电站并入单机无穷大系统数学模型。
　　（2）基于特征根分析方法，以含PSS同步发电机+不含PSS同步发电机系统为参照对象，分别研究大型光伏电站替代不含PSS的同步发电机、大型光伏电站替代含PSS的同步发电机、大型光伏电站改变系统潮流分布以及大型光伏电站不同并网控制特性对电力系统低频振荡特性的影响。理论分析与仿真验证结果表明：大型光伏电站替代不含PSS的同步发电机将会减小系统低频振荡的阻尼，大型光伏电站替代含PSS的同步发电机将会显著减少系统低频振荡的阻尼；大型光伏电站并网容量增大、输电距离延长以及公共连接点位置越靠近同步发电机时均会减少系统低频振荡模式的阻尼，大型光伏电站采用基于比例积分控制PV模式并网比基于比例控制PV模式和基于单位功率因数PQ模式并网具有更大的低频振荡阻尼。本文进一步指出：在某些条件下，大型光伏并网系统存在低频振荡失稳解列的风险，大型光伏电站有必要采用合适的控制策略参与抑制电力系统低频振荡。
　　（3）在分析电力系统低频振荡特性的基础上，参考PSS类控制器设计大型光伏电站抑制电力系统低频振荡的控制策略：提出采用广域输电线路有功微分信号调节大型光伏电站最大有功输出的自适应阻尼控制策略，该控制策略能够尽可能多的输出有功并且确保光伏电站低频振荡抑制模式与最大功率跟踪模式之间的平滑切换。同时，考虑到相关标准对无功调压能力的要求，大型光伏电站无功控制采用现有光伏系统无功调压的控制方法，进而形成大型光伏电站的功率控制策略。理论分析和仿真结果验证大型光伏电站有功阻尼控制策略能够显著提高系统抑制低频振荡的能力，保障系统安全稳定运行。

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中文摘要

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1 绪 论

1.1课题研究的背景与意义

1.2电力系统低频振荡概述

1.3本课题国内外研究现状

1.4论文主要工作

2 大型光伏并网系统建模

2.1大型光伏电站建模

2.2同步发电机建模

2.3输电网络建模

2.4本章小结

3 大型光伏电站对电力系统低频振荡特性影响研究

3.1特征根分析方法

3.2含PSS同步发电机+不含PSS同步发电机系统

3.3大型光伏电站+含PSS的同步发电机系统

3.4大型光伏电站+不含PSS的同步发电机系统

3.5并网工况不同的大型光伏并网系统

3.6控制特性不同的大型光伏并网系统

3.7本章小结

4 大型光伏电站抑制低频振荡控制策略研究

4.1抑制低频振荡的理论基础

4.2大型光伏电站抑制低频振荡的控制策略

4.3特征根分析

4.4仿真验证

4.5本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间申请的专利

C. 作者在攻读学位期间参与的科研项目