新能源接入条件下电网频率安全稳定特性与控制研究

摘要

随着石化能源限制问题和环境保护要求日益受到重视，我国风电与光伏新能源接入的规模不断增大。同时，受电力体制改革、厂网分开、管理主体多元化影响，电网频率安全稳定控制面临很大的挑战。一方面，新能源与火电、水电常规电源相比，缺乏惯量效应，并且波动性大，不具备一次调频能力。因此，新能源接入后的电网调频对常规机组的依赖性加大，需要加强对火电和水电常规机组调速器一次调频特性的研究，明确传统和数字电液式两类调速系统的特点和差异，为对新能源接入后的电网频率特性进行准确仿真、科学策略提供指导。另一方面，新能源接入系统与主网间发生解列故障是频率安全稳定研究的重要场景，应全面考虑电源侧频率异常保护和电网侧安全控制措施，研究解列故障面临的高频或低频问题及控制策略。
　　本文首先简要介绍了所用到的新能源和常规机组的数学模型，并梳理总结了其各自的频率异常耐受范围，明确了两类机组的频率异常保护的配置特点和差异。随后，对火电、水电机组的传统和数字电液式两类调速系统的特点和差异进行了对比研究，着重于两类调速系统的结构、死区环节处理、动态调频特性三个方面，分析了在小扰动、大扰动两种工况下两类典型调速器的特性。在此基础上，对新能源接入系统后解列导致的高频问题开展研究，建立了含多类型电源的送端典型系统算例，分析了对火电机组OPC保护定值进行差异化设置的效果;指出新能源高频保护定值过低而无序脱网将导致原高频问题转化为低频问题的严重后果;研究了应对高频问题的连锁切机方案，比较了切除常规机组和切除风电机组对抑制频率波动和最大功角差的不同效果，提出了兼顾频率和功角因素的综合切机策略。最后，对新能源接入系统后解列导致的低频问题开展研究，以有大规模新能源接入的西北某省级电网为实例，研究了动态无功补偿的电压控制、常规机组的旋转备用容量、新能源接入电网比例等因素对电网频率调节特性的影响，并针对新能源接入易导致低频减载轮次增多的问题，提出了低频减载方案的优化策略。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．1 国外新能源发电发展现状及趋势

1．1．2 国内新能源发电发展现状及趋势

1．2 新能源接入条件下电网频率特性和存在的问题

1．3 新能源接入条件下电网频率控制的研究动态

1．4 论文工作的主要内容

第2章 新能源及常规机组的数学模型及频率保护配置

2．1 新能源场站的数学模型

2．1．1 风电机组的数学模型

2．1．2 光伏电站的数学模型

2．2 常规机组的数学模型

2．2．1 发电机模型

2．2．2 励磁系统模型

2．2．3 调速系统模型

2．3 新能源场站的频率保护配置

2．3．1 风电机组的频率异常保护配置

2．3．2 光伏电站的频率异常保护配置

2．4 常规机组的频率保护配置

2．4．1 火电机组的频率异常保护配置

2．4．2 水电机组的频率异常保护配置

2．5 本章小结

第3章 常规机组的一次调频特性研究

3．1 水轮机调速系统比较

3．1．1 控制参数比较

3．1．2 死区环节比较

3．2 汽轮机调速系统比较

3．2．1 控制参数比较

3．2．2 死区环节比较

3．3 一次调频特性的仿真

3．3．1 两类调速系统的参数设置

3．3．2 水轮机调速系统的仿真

3．3．3 汽轮机调速系统的仿真

3．4 本章小结

第4章 新能源接入系统高频问题的研究

4．1 仿真系统介绍

4．2 火电机组OPC保护的优化配置

4．3 新能源高频保护的优化配置

4．4 连锁切机方案的优化配置

4．5 本章小结

第5章 新能源接入系统低频问题的研究

5．1 研究电网介绍

5．2 频率特性重要因素分析

5．2．1 风光场站SVC影响分析

5．2．2 常规机组的旋转备用容量影响分析

5．2．3 新能源接入容量影响分析

5．3 低频减载方案的优化策略

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其他成果

致谢