风电场并网对电力系统电压稳定性影响研究

摘要

风能作为一种资源丰富的绿色可再生能源，是解决当前能源危机和环境恶化问题的一种有效途径，已得到世界各国的高度重视和大力发展。随着风电渗透率的逐渐增加，风电场输出功率的随机波动性越明显，这种不稳定的功率注入电网后会影响电网的电能质量，进而引起电压波动。大规模风电机组直接并网给电网的安全稳定运行带来了不利的影响，甚至引发电网崩溃现象。为研究风功率的不稳定性给电力系统带来的影响，本文利用MATLAB和电力系统分析软件(PowerSystem Analysis Toolbox，PSAT)仿真平台，针对风电机组接入电网后系统的电压稳定程度以及抑制电压波动措施展开了深入研究。
　　首先，简要介绍了风电机的数学模型。在比较已有的各种等效模型的基础上，本文选用PSAT仿真环境下的威布尔分布(WeibullDistribution)风速模型，风力机选用可实现变速恒频双馈风机的等效电路模型。在MATLAB的电力系统分析软件PSAT中搭建了双馈风电机组的单机仿真模型及其等效模型。
　　然后，基于PSAT搭建了包含双馈风电机组的4机2区域系统以及IEEE10机39节点系统，在系统潮流雅克比矩阵奇异值分解法的基础上，采用了具有“二次型”函数特性的静态电压稳定分析指标，以LC、二次型△σr和c3个指标为依据，研究了双馈电机组在不同接入位置下系统静态电压稳定程度以及最优无功补偿点选择问题。提出了基于静态无功补偿装置SVC的电压稳定控制方法，对比分析了SVC在不同并网位置下对系统电压的支撑和改善作用。仿真结果表明:风电场并网位置不同会引起系统电压稳定程度不同变化，其接入发电机侧对系统电压稳定性影响不明显，接入负荷区域则会减弱系统的静态电压稳定性，其影响效果因接入位置的不同而不同。
　　最后，针对风电场并网引起的系统功率振荡问题，提出一种基于两段式电力系统稳定器PSS4B装置的控制策略，对多机系统的区域内振荡和区间振荡模式具有良好的抑制效果，并对风电并网系统功率振荡进行抑制，达到很好的抑制效果。基于MATLAB建立了PSS4B的数学模型，通过算例仿真，验证了其有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 风力发电技术研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 风电场并网对电网电压稳定性影响研究现状

1．3．1 电网的电压稳定问题

1．3．2 风电场并网系统电压稳定性研究现状

1．4 风电场并网功率振荡研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第2章 双馈风力发电机数学模型

2．1 基于PSAT仿真的风速模型

2．1．1 PSAT软件功能与发展

2．1．2 风速模型

2．2 双馈风力发电系统运行原理

2．2．1 双馈风力机运行特性

2．2．2 双馈风力发电机运行原理

2．3 双馈风力发电机单机模型

2．4 双馈风力发电系统变频器数学模型

2．4．1 网侧PWM变频器数学模型

2．4．2 转子侧PWM变频器数学模型

2．5 风电场等效模型的建立

2．6 本章小结

第3章 基于SVC补偿的风电场并网系统静态电压稳定性分析

3．1 奇异值分解法

3．1．1 奇异分解法理论基础

3．1．2 基于奇异分解法的电压稳定性分析

3．2 二次型指标分析法

3．2．1 二次型函数原理分析

3．2．2 二次型Δσr指标

3．2．3 二次型c指标

3．3 无功补偿SVC数学模型

3．4 4机2区域系统算例仿真

3．4．1 4机2区域系统算例仿真分析

3．4．2 无功补偿对比分析

3．4．3 仿真验证

3．5 IEEE10机39节点系统算例仿真

3．6 不同并网位置仿真分析

3．7 本章小结

第4章 PSS4B抑制系统功率振荡研究

4．1 电力系统稳定器PSS4B模型

4．2 参数设置

4．3 算例仿真分析

4．3．1 系统振荡模式分析

4．3．2 原系统投入PSS4B抑制功率振荡仿真分析

4．3．3 风电并网系统投入PSS4B抑制功率振荡仿真分析

4．4 参数改变仿真分析

4．5 本章小结

总结与展望

研究内容与总结

后续工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所发表的学术论文目录

攻读学位期间参与的科研项目

附录