含大规模集中式光伏汇纳的电力系统小干扰稳定分析与控制研究

摘要

全球能源领域正在进行重大变革，化石能源主导的能源体系已经难以满足当今世界的能源发展需求，新能源领域正迸发着强大的活力。近年来我国光伏装机容量已稳居世界第一，每年仍以极高的速度不断增长，2017年建成投产的龙羊峡光伏容量已达到850MW，成为世界最大单体光伏电站。但是，我国能源分布不均衡，大量的可再生能源位于远离负荷中心的西部地区，需远距离输送，严重威胁着我国电力系统安全稳定。小干扰稳定涉及系统中的设备种类多、范围广，对系统能否有效发挥资源配置能力至关重要。深入研究大规模集中式光伏汇纳对电力系统小干扰稳定的影响，以及进一步增强光伏汇纳后电力系统小干扰稳性，对提高系统对光伏的消纳能力至关重要。
　　建立集中式光伏电站模型，实现集中式光伏汇纳的电力系统仿真分析及小干扰稳定计算;研究集中式光伏接入后阻尼转矩模型的建立及分析方法，分析多种因素对光伏汇纳后电力系统小干扰稳定的影响;采用增益调度方法设计了光伏广域阻尼控制器，实现大规模光伏汇纳的电力系统小干扰稳定预防性控制;提出基于随机响应面法的小干扰稳定风险评估及紧急控制方法，实现大规模光伏汇纳的电力系统小干扰稳定保护性控制，主要研究内容如下:
　　建立详细的集中式光伏电站模型。建立的光伏模型主电路包含光伏阵列、DC/DC升压Boost、逆变器直流侧电容、逆变器、滤波器，控制部分包含锁相环、逆变器双环控制、Boost控制、有功控制及无功控制。有功控制包含最大功率点跟踪控制和定有功功率控制两种模式，无功控制包含定无功功率控制、定功率因数控制和定并网点电压控制三种模式。在电力系统工具箱(power system toolbox，PST)中实现了模型结构，并进一步完成仿真分析及小干扰稳定计算，在不同测试系统下和不同光伏电站控制模式下对模型进行验证。
　　研究集中式光伏汇纳下的电力系统阻尼转矩分析方法。在详细光伏电站模型的基础上，建立含光伏电站的单机无穷大阻尼转矩分析模型，采用阻尼转矩分析方法，在基准设置下分析不同控制参数、不同光照强度、不同控制方式及不同光伏占比对系统对阻尼的影响。
　　提出一种基于增益调度的光伏广域阻尼控制器设计方法。结合大规模光伏汇纳电力系统中广域控制的特点，针对光伏出力的不确定采用张量分析方法建立线性参数变化系统模型;针对广域控制的时滞网络化控制问题，采用一种低保守性的李雅普诺夫稳定性准则来设计增益调度控制。该控制器将根据日前调度形成的预想场景离线计算增益，然后根据监测到的系统状态实时更新控制，实现控制器的离线设计在线应用，并以16机系统验证了控制器的设计效果。
　　提出基于随机响应面法的不确定光伏汇入的电力系统小干扰概率稳定分析及紧急控制方法。在小干扰概率稳定分析中，采用随机响应面方法计算出关键模式阻尼比的累积分布函数曲线，进而获得系统不稳定的概率大小。在紧急控制中，将随机响应面方法建立的模型用于感知系统失稳状态，并通过优化重调度在数秒内实现紧急控制，分别以2区域4机系统和10机39节点系统进行验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 大规模集中式光伏汇纳电力系统小干扰稳定分析研究现状

1．2．2 大规模集中式光伏汇纳下的电力系统小干扰稳定控制研究现状

1．3 论文主要内容

第2章 集中式光伏电站模型

2．1 集中式光伏电站建模

2．1．1 主电路模型

2．1．2 控制部分的模型

2．1．3 集中式光伏汇纳的电力系统的小干扰稳定计算

2．2 仿真分析与小干扰稳定计算

2．3 随机光照仿真

2．4 本章小结

第3章 集中式光伏汇纳对电力系统小干扰稳定的影响分析

3．1．1 系统元件模块化

3．1．2 阻尼转矩分析

3．1．3 回路阻尼竞争和回路阻尼互借

3．2 基准设置下控制参数变化对小干扰稳定的影响分析

3．3 不同光照强度下光伏系统对小干扰稳定的影响

3．4 不同控制方式下光伏系统对小干扰稳定的影响

3．5 光伏占比对小干扰稳定的影响

3．6 本章小结

第4章 变运行方式下基于增益调度的光伏广域阻尼控制器设计

4．1 光伏广域阻尼控制特点

4．1．1 光伏电站模型和。光照波动

4．1．2 基于网络化控制系统的PWADC

4．2 增益调度PWADC

4．2．1 LPV模型

4．2．2 时滞相关Lyapunov稳定性判据

4．2．3 增益调度控制算法

4．3 案例分析

4．3．1 固定运行点下的判据性能

4．3．2 变运行方式下PWADC的性能

4．4 本章小结

第5章 基于随机响应面法的小干扰稳定性评估及其在紧急控制中的应用

5．1 随机响应面法的基础及其应用

5．1．1 Nataf变换

5．1．2 系统性能指标的逼近

5．1．3 Hermite混沌多项式展开的系数估计

5．1．4 基于SRSM的小干扰稳定评估与紧急控制

5．2 案例分析

5．2．1 SRSM的准确性验证

5．2．2 SRSM在小干扰稳定评估中的应用

5．2．3 SRSM在紧急控制中的应用

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

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