大规模双馈风电并网对电力系统暂态稳定性的影响

摘要

由于传统化石能源储量的匮乏及环境污染问题的日益严重，基于风力发电的风电并网技术在世界各国迅速发展。随着风电并网容量的不断增大，其动态特性对电力系统暂态稳定的影响逐渐成为了风电并网技术研究的关键之一。本文主要围绕双馈风场对系统暂态稳定的影响及暂态稳定约束下风场出力的优化展开研究，主要工作如下: (1)研究了大扰动下双馈风机对系统暂态电压的影响。首先分别建立了静止坐标系下、旋转坐标系下双馈风机的数学模型;其次，基于磁链不能突变的原理推导了大扰动情况下具备LVRT能力的双馈风机并网点电压表达式，并分析了电压跌落深度、风场出力大小等因素的影响;最后利用时域仿真法，对单机无穷大系统中大扰动情况下双馈风机并网点电压进行分析，验证了双馈风机LVRT能力及电压跌落深度等影响因素的作用效果。 (2)研究了双馈风场等容量替换同步机情况下，双馈风场对SMIB系统暂态特性的影响机理。基于双馈风机的出力特点，分析了双馈风电机组动态特性与同步发电机动态特性的异同点;提出了双馈风机的负阻抗模型，并基于该模型分析了双馈风机等值替换对系统加减速面积的影响;利用时域仿真法，结合某电网实际运行数据，对风机并网前后系统暂态特性进行了仿真分析，验证了所得结论。 (3)提出了一种暂态稳定约束下风场出力配置的优化方法。借鉴OPF问题转化为OTS问题的思路，提出了计及暂态稳定约束的风场出力优化问题的数学模型，并明确了数学模型中目标函数及各约束条件的物理意义;分析了风场出力暂态稳定裕度灵敏度的计算方法，并基于风场出力暂态稳定裕度灵敏度这一指标提出了风场出力配置的优化算法;最后结合某电网实际数据仿真分析了优化前后的风场出力极限，结果证明了本文所提算法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 风机对系统暂态稳定影响的研究现状

1．2．1 研究模型

1．2．2 研究方法

1．2．3 工程应用

1．3 本文主要工作

第2章 双馈风机并网点电压特性分析

2．1 引言

2．2 风机并网系统的数学模型

2．2．1 静止坐标系下的数学模型

2．2．2 同步旋转坐标系下的数学模型

2．3 双馈风机具LVRT时并网点电压推导

2．4 仿真分析

2．4．1 双馈风场LVRT能力的影响分析

2．4．2 机端电压跌落深度的影响分析

2．4．3 风场出力大小的影响

2．5 本章小结

第3章 双馈风场对SMIB系统暂态稳定的影响

3．1 引言

3．2 双馈风电机组动态特性分析

3．2．1 双馈风电机组动态特性定性分析

3．2．2 双馈风电机组动态特性仿真分析

3．3 双馈风场对同步机暂态稳定影响分析

3．3．1 等容量替换前同步机暂态特性分析

3．3．2 等容量替换后同步机故障前状态分析

3．3．3 等容量替换后同步机故障中加速面积分析

3．3．4 等容量替换后同步机故障后减速面积分析

3．3．5 仿真验证

3．4 本章小结

第4章 暂态稳定约束下双馈型风场出力最大化

4．1 引言

4．2 数学模型

4．2．1 目标函数

4．2．2 等式约束

4．2．3 静态不等式约束

4．2．4 公平性约束

4．2．5 暂态稳定约束处理方法

4．3 问题求解

4．3．1 风场出力的暂态稳定裕度灵敏度计算

4．3．2 风场出力最优问题的求解算法

4．4 算例分析

4．4．1 仿真系统介绍

4．4．2 失稳故障集确定

4．4．3 风场有功出力灵敏度计算

4．4．4 优化前后风场出力极限对比

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢