基于分岔理论的DFIG并网对电力系统电压稳定性分析

摘要

随着全球资源的枯竭和环境的恶化，以风电为代表的新能源发电规模在电力市场所占份额逐渐上升。由于风速的随机性特点以及风机本身动态特性不同于同步发电机，当大规模风电并入电网后，风电将会影响电网电压的的稳定。无功的缺失是大规模风电场接入电网引起电压不稳定的主要原因，当风速的增加引起风电机组输出功率增加时，如果没有足够的无功支撑，将会引起系统电压失稳。本文利用分岔理论，分析了两种DFIG模型对电压稳定的影响，并提出一种改进的DFIG模型，在此基础上设计了一种消除Hopf分岔点的控制器，主要内容如下:
　　1)对于典型的WSCC3机9节点系统，在系统接入第一类动态负荷(Walve)时，利用延拓法追踪了DFIG接入系统前后系统的平衡解流形，并基于分岔理论，通过逐点计算系统状态矩阵的特征值搜索分岔点，确定系统的稳定裕度，分析DFIG并网对电网电压稳定裕度的影响。
　　2)不同的DFIG模型对系统的电压稳定裕度影响结果不同。追踪了系统在DFIG的静态和动态模型下的平衡解流形，分析了两种模型对电压的影响;在DFIG动态模型中，提出用DFIG稳态模型时的转子控制电压值作为DFIG转子控制电压值，进行动态电压稳定分岔分析，并与DFIG转子控制电压为定值的仿真结果进行了对比分析。最后结合算例进行时域仿真，验证改进的DFIG模型。
　　3) SVC能提高系统的电压，但同时也会引入新的分岔点，降低电压稳定裕度。分析了不同模型下的SVC对系统电压的影响，提出了一种改进的基于高通滤波器控制的SVC模型，该SVC模型对风电系统发生的Hopf分岔进行分岔控制，通过改变与系统分岔相关的雅可比矩阵特征值，不但提高了电压幅值，还消除了Hopf分岔点，扩大了电压稳定裕度。最后结合算例进行时域仿真，验证本文提出的SVC控制方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 电压稳定性的基本概念

1．2．1 电压稳定性的定义

1．2．2 电压稳定性的分类

1．2．3 电压失稳的机理解释

1．3 电压稳定性的分析方法

1．3．1 静态分析法

1．3．2 动态分析法

1．4 风力发电简介

1．4．1 风电的发展

1．4．2 常规系统与风电系统电压稳定的区别和联系

1．4．3 基于分岔理论的风电系统电压稳定性的研究现状

1．5 本文所做的主要工作

第2章 风电系统模型和电压稳定分析方法

2．1 引言

2．2 元件的数学模型

2．2．1 同步发电机及其励磁系统模型

2．2．2 负荷的数学模型

2．2．3 静止无功补偿器的数学模型

2．2．4 风力发电机组的模型

2．3 网络的数学模型

2．3．1 四阶同步发电机节点的功率平衡方程为

2．3．2 DFIG节点的功率平衡方程

2．3．3 非发电机端节点的功率平衡方程

2．4 本文电压稳定分析运用的方法

2．4．1 分岔理论

2．4．2 延拓法

2．4．3 时域仿真

2．5 分岔点及分岔边界的求解方法

2．5．1 单参数分岔点

2．5．2 双参数分岔边界

2．6 本章总结

第3章 含DFIG的风电系统电压稳定性分岔分析

3．1 引言

3．1．1 电力系统模型

3．2 DFIG并网对系统电压稳定性的影响

3．2．1 常规系统与风电系统的电压稳定性对比分析

3．2．2 两种DFIG模型下的电压稳定性分析

3．2．3 动态DFIG转子控制电压值对电力系统电压稳定性分析

3．3 本章总结

第4章 SVC对风电系统电压稳定性的分岔分析

4．1 引言

4．2 SVC对风电系统电压稳定裕度影响的分岔分析

4．2．1 SVC补偿前后的风电系统分岔分析

4．2．2 SVC参数对风电系统电压稳定裕度的影响

4．2．3 基于高通滤波器的SVC对Hopf分岔的控制

4．3 本章总结

全文总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和科研情况