含高渗透率风电的电力系统的电压稳定性研究

【摘要】：随着环境污染问题的日益严重及传统化石能源的逐渐枯竭,以风电为代表的新能源并网技术在世界各国迅速发展。随着风电渗透率的逐渐增大,风电的出力对电网的影响范围也相应增大。在风电渗透率较大的电网中,风电的并网改变了系统潮流的分布,影响了传输线路上的功率以及系统的惯量,同时由于风电的特殊性,风机特性使得电力系统原有的电压稳定性发生变化。 本文主要研究风电渗透率的不断增加的电网的电压稳定性,主要内容包括： 1、推导了双馈异步风力发电机的稳态模型及动态模型,从理论上了解风机在静态与动态方面的特性。介绍了以风速为依据,基于K-means聚类算法的分群方法：稳态时只需要得出一个平均风速,即等值为一台机；而暂态情况下得到多个等值机并通过与详细风场的电压、功率等外特性的仿真对比,证明利用K-means方法等值后的风电场准确率较高。 2、用P-V、U-Q曲线的静态电压稳定分析方法,由于传统的P-V曲线是不能体现风电的波动性,通过计算了不同风电渗透率与2015年海南电网的静态电压稳定极限的关系,建立三维的P-V曲面构成的电压安全运行域来表征含风电系统的安全裕度,并利用这种方法确定该系统允许的最大接入容量；利用灵敏度分析指标,针对强、弱系统,考虑不同运行方式下分析风电渗透不断增加对系统电压稳定性的影响。 3、时域仿真是研究电压稳定问题的有效方法。推导了双馈风机对暂态电压的支撑作用,并在单机无穷大网络上证明分析了双馈风机对系统暂态电压的影响。通过在海南2015年运行网架上接入等值风电场,仿真分析改变风电渗透率对该系统暂态电压稳定的影响,结合风机机端电压表达式研究了风电渗透率、接地电阻、短路点位置,接入形式等因素对系统暂态电压的影响。 【关键词】：双馈风机 风电渗透率 风电场等值 静态电压稳定 暂态电压稳定
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 选题背景及其意义10-12
• 1.1.1 世界风电发展现状与展望10-11
• 1.1.2 我国风电产业发展现状和展望11
• 1.1.3 风机并网的安全问题及电压稳定性11-12
• 1.2 电压稳定性研究现状12-14
• 1.2.1 静态电压稳定研究方法13-14
• 1.2.2 暂态电压稳定研究方法14
• 1.3 研究内容14-16
• 第2章 风机的数学模型16-28
• 2.1 空气动力学模型16-17
• 2.2 轴系模型17-18
• 2.2.1 两质量块模型17-18
• 2.2.2 集中质量块模型18
• 2.3 双馈风机的数学模型18-23
• 2.3.1 双馈风机的的稳态模型19-20
• 2.3.2 双馈风机的的动态模型20-23
• 2.4 风电场的动态等效建模23-27
• 2.4.1 K-means算法23-24
• 2.4.2 算例24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 风电场接入后静态电压稳定研究28-48
• 3.1 静态电压稳定性机理分析28-30
• 3.2 P-V曲线、V-Q曲线法30-38
• 3.2.1 单机-单负荷中负荷侧电压推导30-31
• 3.2.2 静态电压稳定性分析方法31-32
• 3.2.3 实例分析32-38
• 3.3 电压无功灵敏度及其求取38-46
• 3.3.1 灵敏度分析38-39
• 3.3.2 IEEE39强系统下的电压无功灵敏度39-42
• 3.3.3 等值弱系统下电压无功灵敏度42-45
• 3.3.4 海南运行网架情况下的电压灵敏度45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 风电渗透率对暂态电压稳定的影响研究48-61
• 4.1 风电并网后系统的暂态电压稳定性48-50
• 4.2 双馈风机与系统电压关系50-55
• 4.2.1 双馈风机的定子暂态电压推导50-52
• 4.2.2 单机无穷大系统下风机对暂态电压的影响52-55
• 4.3 风机接入海南电网的暂态电压稳定研究55-60
• 4.3.1 不同风电渗透率下的对同一故障点的暂态电压影响55-57
• 4.3.2 不同接入形式对同一故障点的暂态电压影响57-58
• 4.3.3 不同故障点对同一点电压的暂态电压影响58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 结论与展望61-63
• 5.1 主要结论61-62
• 5.2 后续工作及展望62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表论文及其它成果66-67
• 致谢67

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