基于PQ曲线的风电并网系统静态电压稳定性评估

摘要

随着现代社会的不断发展与进步，全球能源结构也在不断发生调整，一个主要的表现就是风力发电在电力系统中所占的比例不断上升。风力发电是目前发展最成熟的新能源发电方式，发展风力发电不仅可以改善不断恶化的环境，而且有利于促进电力系统经济稳定的运行。随着风电产业的迅猛发展特别是风电场规模化建设取得显著成效，风电并网对电力系统稳定性，尤其是对电压稳定性的影响愈显突出。由于风速具有波动性与随机性的特点，风力发电机组的有功功率出力会发生变化，从而限制了风力发电的并网。同时,风电场在向系统输送有功功率的同时还会吸收大量的无功功率,而电压稳定性与无功功率关系密切,因此大型风电场的接入会对系统的电压稳定性产生一定的影响。本文所做研究主要包括了以下几方面的工作：
　　首先，通过对电力系统电压失稳机理，尤其是风电并网系统电压失稳机理的研究，分析出导致风电并网系统电压失稳的主要因素。以较为成熟的PV曲线为基础，经数学推导得出PQ曲线的相关数学表达式和物理意义，并提出PV曲线和PQ曲线的相关裕度计算方法。
　　然后，以风速的概率分布函数为基础，推导出风力发电机组在不同有功功率出力状态下的概率；分析得出负荷不同的静态特性在PQ平面内的数学模型。基于以上所做的分析提出了一种基于负荷节点PQ曲线的风电并网系统静态电压稳定性的评估方法。
　　最后，应用仿真软件MATLAB，搭建IEEE30节点测试系统模型，分别应用PV曲线以及PQ曲线分析IEEE30节点测试系统的电压稳定性，比较两者分析的结果，验证本文所提评估方法的有效性与实用性；在仿真软件MATLAB中，将IEEE30节点测试系统加入风力发电机组，应用本文所采用的基于PQ曲线的静态电压稳定性评估方法，结合风力发电机组的有功出力特性以及负荷的静态特性，进行电压稳定性分析。
　　经仿真分析验证，本文所提出的基于PQ曲线的风电并网系统静态电压稳定性评估方法正确有效，为电网的规划和运行部门进行电力系统电压稳定性评估提供了一种新的途径。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外风电发展现状与发展趋势

1.3 电压稳定性分析方法

1.4 风电并网稳定性问题

1.5 风电并网系统电压稳定性国内外研究现状

1.6 本文的组织结构

第2章 PV和PQ曲线在电压稳定性评估中的应用

2.1 传统电力系统电压失稳机理

2.2 含风电系统静态电压稳定性机理分析

2.3 负荷节点的PV曲线和PQ曲线

2.4 本章小结

第3章 风电并网系统静态电压稳定性评估指标

3.1 风力发电机的出力模型

3.2 电压稳定性评估中负荷节点的负荷特性考虑

3.3 基于PQ曲线的风电并网系统静态电压稳定性评估指标

3.4 本章小结

第4章 基于PQ曲线的风电并网系统电压稳定性评估仿真分析

4.1 IEEE30节点测试系统介绍

4.2 应用PV曲线PQ曲线分析IEEE30节点测试系统电压稳定性

4.3 利用PQ曲线来确定风力发电机组的安全运行PQ区域

4.4 风电并网系统的PQ边界曲线

4.5 风力发电并网系统的电压稳定性评估

4.6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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