大惯性比率水电机组对现代电力系统稳定性的影响

摘要

我国电力系统己进入大电网、大机组、超高压、交直流混联的新时代，水电机组作为调峰调频的骨干电源，特别是在间歇性能源高渗透率情况下，其运行稳定性对现代电力系统稳定运行有着重要的意义。本文以现代电力系统中的水电机组为研究对象，深入探究了大惯性比率机组在电网中的稳定性、水电机群对交直流混联电力系统联络线振荡的影响及抑制策略、水轮机发电机及负荷对低频振荡的扰动源定位的影响、风水互补系统中水电的控制策略等关键问题，具体研究工作如下： (1)随着低水头及部分长引水式电站的建设，许多机组惯性时间常数与惯性比率己远超出我国现行水轮机调节系统相关标准规定的范围，为此，本文调研统计我国典型电站的参数及运行状况，比较国内外水轮机调节系统标准中被控对象适用条件，并在建立了水轮机调节系统的数学模型基础上分析了大惯性比率机组的稳定域与调节品质，结果表明该类惯性比率较大的机组仍具有一定的稳定域，只要合理整定调节参数能够获得较好的调节品质，并对现行国标提出了修改建议。. (2)针对大型水电机群为送端的交直流混联系统中联络线功率振荡问题，在分析直流再启动和直流闭锁机理的基础上，研究了动力侧参数变化及不同控制措施对直流再启动和直流闭锁后联络线功率振荡的影响，提出了一种动力侧协同控制策略，仿真表明该策略有效地解决了直流闭锁后功率振荡较大的问题。 (3)为了探究水电机组及负荷波动对扰动源定位的影响，建立了系统在不同扰动作用下的能量函数，分析了系统水电机组及负荷波动对扰动源定位的影响，并给出了其影响规律。 (4)为提高水电机组的速动性以补偿风功率的随机波动，将PI-PD控制策略应用于水电机组控制，并通过频率特性分析给出了PI-PD参数整定原则；在建立了风水互补模型的基础上，通过对水机采用常规PID、模糊PID和PI-PD算法控制效果的比较，表明水机采用PI-PD控制策略能够获得较快的调节速度、较小的反调量；合理整定PI-PD控制参数值，能够有效平抑风电有功振荡，为风电消纳提供了一条有效途径。

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