含高比例风电的远距离输电系统暂态稳定性与协调控制研究

【摘要】：为进一步提高远距离输电系统输送风电的能力,本文结合东北电网运行实际,分析了含高比例风电的远距离输电系统的运行特性及风电接网特点,研究了高比例风电的接入给东北蒙东地区送端电网暂态稳定和稳定控制带来的新问题。在论文研究中,本文着重在风电场群建模、暂态稳定性、稳定控制等方面开展了工作。 首先针对风力发电机模型、控制系统模型、风力机模型、转子模型、风速—功率模型进行实用化建模研究。为有效克服以往对风电场内部节点进行简单阻抗等值而带来的仿真精度问题,本文提出了一种新的风电机组群节点等值方法,该方法在等值过程中有效计及了风电场内部节点电压、导纳阻抗之间的关系和风电场内各节点与并网节点之间的电气特性联系。本文将该方法应用到电力系统综合仿真程序(PSASP)风电场群建模之中,建立了含有风电场群等值模型的电力系统仿真分析系统。应用风电机组低电压穿越试验实测数据对风机模型参数进行了修正,应用风电场短路试验实测数据对风电场群等值模型进行校核,进一步验证了模型的准确性及为后续的稳定控制研究奠定了仿真基础。 其次从理论和仿真两方面,研究了远距离输电系统暂态电压和暂态功角稳定的机理及内在相关性,分析了送端电网暂态失稳的特征和送端电网内火电机组与风电机组对外送通道暂态稳定的相互影响,总结了远距离输电系统暂态过程中影响稳定的主导因素,明确了本文在提高远距离输电系统暂态稳定技术措施的研究方向,即快速优化调整发电机机械功率和动态过程中提高关键节点的电压支撑能力。为后续的稳定控制研究奠定了理论基础。 研究了基于H-P方程的最优化控制理论,结合实际远距离输电系统暂态稳定特性,提出了一种以机组稳定参量为二次性能指标的远距离输电系统火电机组协调控制方法。该方法着重体现在汽门的优化控制和切机的优化控制,针对两种优化控制建立了适应各自的状态空间函数方程和求解流程。结合东北电网蒙东地区实际送端电网结构和火电机组参数进行了快速汽门优化控制推导,将传统的“预案式”快速气门控制转化为基于机组稳定参量变化的时时优化控制,并通过仿真结果证明了通过快速汽门优化控制对提高远距离输电系统暂态稳定性是有效的。应用基于H-P方程的火电机组协调控制方法对切机措施协调控制进行推导,将协调控制问题归结为切机量与机组临界切除时间的求取,并应用仿真结果证明了应用新方法求取机组临界切除时间的有效性和采取切机措施提高远距离输电系统输送风电能力的可行性。 结合送端电网关键电压节点暂态过程中的变化特性及功角与电压稳定的相关性,提出了在远距离输电系统振荡中心的临近节点处安装动态无功补偿装置来提高输电系统暂态稳定水平的动态无功控制措施。该项技术措施是在暂态振荡过程中提高外送通道振荡中心的动态无功支撑能力,提高暂态电压稳定水平的同时提高送端机组功角稳定水平。本文应用实际东北电网蒙东地区远距离输电系统为例进行仿真,验证了该项技术措施的有效性。 【关键词】：高比例风电 远距离输电系统 暂态稳定 协调控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614;TM722
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 课题研究的背景12-15
• 1.2 风电并网技术研究现状15-22
• 1.2.1 风力发电机的数学模型研究现状15-18
• 1.2.2 大规模风电并网暂态功角稳定研究现状18-20
• 1.2.3 大规模风电并网电压稳定研究现状20-22
• 1.3 电力系统暂态稳定控制方法22-24
• 1.4 东北电网含高比例风电的远距离输电系统运行特性24-27
• 1.4.1 东北地区送端电网风电接网特点24-26
• 1.4.2 含高比例风电的送端电网运行特性26-27
• 1.5 本文的主要研究内容27-29
• 第二章 含高比例风电的远距离输电系统稳定机理及优化控制理论29-47
• 2.1 引言29
• 2.2 制约远距离输电系统暂态稳定的主要外部条件29-30
• 2.3 高比例风电接入给远距离输电系统稳定控制带来的新问题30-33
• 2.4 含高比例风电的远距离输电系统暂态稳定机理及内部主导因素研究33-42
• 2.4.1 基本暂态方程33-36
• 2.4.2 电磁特性方程36-39
• 2.4.3 影响暂态稳定的内部主导因素39-42
• 2.5 基于H-P方程的现代控制理论及适用性分析42-45
• 2.6 本章小结45-47
• 第三章 风电场群机电暂态模型构建及实用性验证47-65
• 3.1 风电机组机电暂态实用化模型研究47-51
• 3.1.1 风力发电机模型48
• 3.1.2 控制系统模型48-49
• 3.1.3 风力机模型49-50
• 3.1.4 转子模型50
• 3.1.5 风速-功率模型50-51
• 3.2 适合大电网机电暂态仿真的风电场等值模型研究51-59
• 3.2.1 风电机群等值描述52
• 3.2.2 一种新的风电机组群节点等值方法52-56
• 3.2.3 新的节点等值方法与传统等值方法的比较56-59
• 3.3 模型参数修正及应用短路试验实测数据进行验证59-64
• 3.3.1 应用低电压穿越现场实测数据对模型参数进行修正59-62
• 3.3.2 应用短路试验现场实测数据对模型参数进行验证62-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第四章 含高比例风电的远距离输电系统火电机组优化控制研究65-97
• 4.1 高比例风电接入对远距离输电系统暂态功角稳定的影响65-67
• 4.2 优化控制火电机组对系统功角稳定的影响67-70
• 4.2.1 控制快速汽门对暂态功角稳定的影响68-69
• 4.2.2 切机对暂态功角稳定的影响69-70
• 4.3 基于H-P方程的远距离输电系统火电机组优化控制方法70-79
• 4.3.1 基于H-P方程的火电机组优化控制方法及求解流程70-74
• 4.3.2 火电机组快速汽门的优化控制74-76
• 4.3.3 系统切机措施优化控制76-79
• 4.4 仿真分析79-95
• 4.4.1 实际仿真系统及计算条件79-82
• 4.4.2 火电机组与风电机组对输电系统暂态稳定影响研究82-85
• 4.4.3 优化控制快速汽门措施提高系统稳定性仿真85-90
• 4.4.4 系统切机措施优化控制仿真90-95
• 4.5 本章小结95-97
• 第五章 含高比例风电的远距离输电系统动态无功优化控制研究97-113
• 5.1 远距离输电系统暂态电压与暂态功角稳定之间的关系98-100
• 5.2 高比例风电接入对远距离输电系统暂态电压稳定的影响100-104
• 5.3 远距离输电系统电压关键节点暂态特性104-107
• 5.3.1 电压关键节点划分104-105
• 5.3.2 远距离输电系统电压关键节点暂态特性105-107
• 5.4 关键节点动态无功优化控制研究107-111
• 5.5 本章小结111-113
• 第六章 总结113-115
• 6.1 主要研究结论113-114
• 6.2 有待进一步开展的工作114-115
• 参考文献115-121
• 在学研究成果121-123
• 致谢123

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