电气剖分理论在风电网络低频振荡问题中的应用研究

摘要

低频振荡（Low Frequency Oscillation，LFO）是威胁电网安全稳定运行的重要问题之一。特别是，随着风力发电的不断发展，大规模风电机组接入大电网使得电力系统LFO问题越发复杂。在发生LFO的风电网络中，一方面要求快速辨识LFO模态信息；另一方面，要及时追溯振荡点，以便采取针对性措施隔离或抑制其不良影响。本文针对在使用寿命和生产效率等方面拥有巨大优势的直驱永磁风电机组（Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator Wind Turbines， PMSG），从数学模型仿真和测量信号分析两个角度，就PMSG并入大电网后产生的LFO问题开展辨识和溯源方法研究。
　　为快速有效地辨识风电网络 LFO模态信息，从数学模型仿真角度，立足于物理降阶，将电气剖分方法应用于 PMSG小信号模型建立，首先，建立适用于LFO研究的PMSG动态数学模型；然后，分析电气剖分路径链与PMSG动态数学模型之间的关系，建立 PMSG电气剖分子系统结构模型；最后，进行电气剖分条件下的线性化，建立了 PMSG电气剖分子系统小信号模型，可以实现在大电网中剥离出仅与PMSG相关的电气剖分子系统，计算其模态。对PMSG电气剖分子系统进行模态分析得出：PMSG电气剖分子系统的模态是在整个风电网络模态中提取出的仅与PMSG相关的模态，且PMSG自身模态与电网中其他部分模态相互独立。算例验证了小信号模型的适用性，并分析出两条重要结论：PMSG电气剖分各子系统对原系统的主导振荡模态有“继承关系”；PMSG并网常作为强迫振荡源存在。这些结论对风电网络LFO源定位有指导价值。
　　为在发生 LFO的风电网络中快速找到振荡源头，从数学模型仿真和测量信号分析角度，分别立足于物理降阶和能量流动，设计了两条技术路线研究风电网络 LFO源定位方法。首先，应用电气剖分方法对大电网进行等效，筛选出与振荡点相关的疑似机组；然后，用 PMSG电气剖分子系统小信号模型和等效阻尼系数计算或直接用振荡能量流计算将振荡源锁定为某个或极少量机组。最后，为促进工程应用，分析上述研究成果的具体适用条件，制定风电网络低频振荡源定位方法集成应用策略。算例证实，所提定位方法可以实现不同情况下对风电网络LFO问题进行快速而准确的辨识和溯源，满足在线应用的要求。
　　本文工作得到国家自然科学基金项目《源流路径电气剖分理论及其在电网调度中的应用》（50477008）、国家电网公司总部重大科技专项《大电网在线评估技术深化研究》（SGCC-MPLG-023-2012）的资助。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向上的研究现状

1.3 电气剖分方法在低频振荡研究中的应用现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 PMSG电气剖分子系统线性化模型与模态分析

2.1 引言

2.2 直驱永磁风电机组建模

2.3 PMSG电气剖分子系统模型结构

2.4 PMSG电气剖分子系统线性化模型

2.5 PMSG电气剖分子系统小信号模型

2.6 PMSG电气剖分子系统的模态分析

2.7 算例分析

2.8 本章小结

第3章 风电网络低频振荡源定位方法

3.1 引言

3.2 振荡源定位方法基本思路及原理

3.3 疑似机组筛选与振荡源机组确定

3.4 振荡源定位方法集成应用

3.5 算例分析

3.6 本章小结

结论

参考文献

附 录 Prony算法

A 算法原理

B 算法参数选择

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢