大规模风电场并网对电力系统小干扰稳定性的影响研究

摘要

随着环境恶化和能源问题的日益突出，为了减少传统能源的消耗，风电作为最具有开发潜力的可再生能源在世界范围内发展迅速。为了保证电网安全稳定运行，传统大电网分析需考虑小干扰稳定相关问题，而风电本身具有随机性和波动性，可视为一种扰动注入电网，因而在此背景下，研究风电并网对电力系统小干扰稳定性的影响十分有意义。
　　本文首先从简单电力系统模型出发，研究单台风电机组与无穷大系统相连的小干扰稳定性。利用特征值分析法研究系统的振荡模式，通过计算参与因子的数值研究系统状态变量对各个振荡模式的参与程度，揭示了简单风力发电系统产生低频振荡的机理。分析结果表明:简单恒速异步风机系统存在振荡模式和非振荡衰减模式，振荡模式中包含有低频振荡模式，但所有模式的都具有较高的阻尼比，系统是小干扰稳定的。系统的模式主要与风力机状态变量和风速强相关。简单双馈异步变速风机系统和简单永磁直驱变速风机系统都是仅存在非振荡衰减模式，系统是小干扰稳定的。两个系统都有三个分别与风机转子的角速度、风机速度和浆距角强相关的模式且具有相同的特征值。其他模式则与各风机特有的状态变量强相关。
　　然后系统性比较研究风机类型、并网位置和风电接纳方式3个因素对系统振荡模式和阻尼特性的影响。通过对系统特征值和阻尼特性的分析表明:在相同条件下，双馈异步和永磁同驱风电场接入系统对系统的小干扰稳定性的影响较严重，在此基础上，一方面在功率受端并网对系统的影响更小，另一方面采用旋转备用风电接纳方式比采用新增风电和停机取代两种风电接纳方式对系统的影响更小，这一结论与恒速异步风电场接入系统时相反。
　　最后在关键特征方式的基础上继续研究大规模风电场接入电网对系统小干扰稳定性的影响。分析结果表明:风电出力对系统的小干扰稳定性影响显著，适当减小风电出力均可使系统达到小干扰稳定。在系统小干扰稳定的前提下，采用旋转备用方式比采用新增风电方式接纳的风电容量高。而风电场并网距离变化时，系统的阻尼特性变化不大，并网距离的增大会使负阻尼振荡模式的阻尼比略微变小，不利于小干扰稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 风电并网对电力系统小干扰稳定性影响研究现状

1．2．1 恒速异步风电机组并网

1．2．2 双馈异步变速风电机组并网

1．2．3 双永磁直驱变速风电机组并网

1．2．4 小干扰概率稳定

1．3 本文研究工作

第2章 小干扰稳定性分析基础

2．1 引言

2．2 小干扰稳定性相关概念

2．2．1 小干扰稳定性基本概念

2．2．2 小干扰稳定性振荡模式

2．2．3 小干扰稳定性分析方法

2．3 特征值分析法相关概念

2．3．1 特征值和特征向量的性质

2．3．2 振荡模式和模态

2．3．3 阻尼比

2．3．4 参与因子

2．3．5 机电回路相关比

2．4 本章小结

第3章 风力发电系统模型及简单系统小干扰稳定性分析

3．1 引言

3．2 风力发电系统模型

3．2．1 风速模型

3．2．2 风力机空气动力学模型

3．3 恒速异步风电机组模型及其并网分析

3．4 双馈异步变速风电机组模型及其并网分析

3．5 永磁直驱变速风电机组模型及其并网分析

3．6 本章小结

第4章 风电场并网对系统小干扰稳定性影响的定性分析

4．1 引言

4．2 仿真建模

4．2．1 电力系统模型

4．2．2 风电场简化模型

4．3 定性分析采用的影响因素

4．3．1 风机类型

4．3．2 并网位置

4．3．3 风电接纳方式

4．4 风电场并网对电力系统小干扰稳定性的影响

4．3．1 恒速异步风电场接入系统

4．3．2 双馈异步风电场接入系统

4．3．3 永磁直驱风电场接入系统

4．4 特征方式的确定

4．5 本章小结

第5章 风电场并网对系统小干扰稳定性影响的定量分析

5．1 引言

5．2 风电场并网对电力系统小干扰稳定性的影响

5．2．1 风电出力

5．2．2 并网距离

5．3 本章小节

第6章 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢