含风电电力系统的暂态稳定分析

【摘要】：近年来风电并网容量越来越大,含风电电力系统的暂态稳定分析已成为亟待解决的课题。风电机组多采用异步发电机,本身没有功角,不存在常规的同步稳定问题,实际中风电机组和风电场对电力系统暂态稳定的影响通过常规机组得以体现。目前,含风电电力系统的暂态稳定研究多采用仿真方法,通过分析扰动过程中常规机组的功角变化和特定故障的极限切除时间来判定和研究。本文从含风电电力系统暂态稳定分析方法的建立、方法的完善和应用分析等方面展开相关研究工作,主要工作概括如下： (1)建立双馈风电机组的模型,分析机组各控制模块的数学方程和控制框图,并利用集总参数建模方法,基于风电场内的功率损耗等效原则和容量加权法实现风电场集电系统的化简和等值模型参数的求取,实现双馈型风电场的建模。 (2)在假设系统失稳为两机失稳的基础上,考虑风电场对系统影响最严重的情形,将风电场的机械功率和电磁功率等值为系统等值机械功率的一部分,推导了计及风电时系统的数学模型和功角特性,结合含风电场扩大单机无穷大系统的分析,总结系统等值机械功率在暂态过程中的变化规律,并建立含风电电力系统的扩展等面积分析法；以CIGRE B4-39系统为算例验证使用所提方法定性分析含风电电力系统暂态稳定性的有效性。 (3)提出能够评判机组控制参数对风电机组暂态性能影响大小的灵敏度指标,进而确定影响风电机组暂态特性的关键参数,通过合理配置关键参数实现不同的风电机组控制特性,并深入分析控制特性对系统等值机械功率的影响；进一步地,在机组控制特性相同的情况下,分析不同风电出力对系统等值机械功率的影响；基于分析结果,获取扰动过程中不同控制特性、不同风电出力下系统等值机械功率曲线的变化规律,进一步完善计及风电的扩展等面积分析法。 【关键词】：含风电电力系统 暂态稳定 风电场模型 扩展等面积法 灵敏度分析 等值机械功率
【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
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外风电发展现状9-10
• 1.3 含风电电力系统的研究分析现状10-16
• 1.3.1 风电并网对电力系统的影响10-11
• 1.3.2 风电机组和风电场本身的暂态稳定11-14
• 1.3.3 影响含风电电力系统暂态稳定性的因素14-15
• 1.3.4 暂态过程中风电场与常规机组的对比研究15-16
• 1.4 论文的主要工作16-18
• 第2章 双馈型风电场的暂态模型18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 双馈风电机组模型的数学表征18-28
• 2.2.1 风电机组机械功率部分19-23
• 2.2.1.1 空气动力学模块19-20
• 2.2.1.2 转轴模块20-22
• 2.2.1.3 桨矩控制模块22-23
• 2.2.2 风电机组电磁功率部分23-28
• 2.2.2.1 双馈感应发电机动态数学模型23-25
• 2.2.2.2 发电机/功率变换器控制模块25-26
• 2.2.2.3 电气控制模块26-28
• 2.3 双馈型风电场的暂态等值模型28-32
• 2.3.1 集总参数建模29
• 2.3.2 风电场集电系统化简29-30
• 2.3.3 基于加权求和的参数求取30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 含风电电力系统的暂态稳定分析方法研究33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 单个风电场的暂态稳定性33-36
• 3.2.1 单风电场-无穷大系统的暂态稳定性33-35
• 3.2.2 风电场不同于同步发电机的特性分析35-36
• 3.3 含风电电力系统的数学模型及功角特性36-41
• 3.3.1 忽略风电时系统的数学模型及功角特性36-38
• 3.3.2 计及风电时系统的数学模型及功角特性38-41
• 3.4 系统等值机械功率分析41-46
• 3.4.1 系统等值机械功率的暂态特性41-45
• 3.4.2 系统等值机械功率的应用45-46
• 3.4.2.1 故障期间45-46
• 3.4.2.2 故障切除46
• 3.5 系统仿真验证46-49
• 3.5.1 故障持续期间风电场电磁功率对△P'_m的影响验证47-48
• 3.5.2 故障切除后风电场电磁功率对△P'_m的影响验证48
• 3.5.3 风电场电磁功率对系统暂态稳定性的影响验证48-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 风电场控制特性、出力对系统等值机械功率的影响50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 影响风电场暂态特性的关键参数分析50-56
• 4.2.1 灵敏度指标50-52
• 4.2.2 风电场等值模型关键参数的粗略选择52
• 4.2.3 基于灵敏度指标的风电场等值模型关键参数分析52-56
• 4.2.3.1 基于连续电压灵敏度指标的关键参数分析52-53
• 4.2.3.2 基于连续功率灵敏度指标的关键参数分析53-56
• 4.3 风电机组控制特性对系统等值机械功率特性的影响56-57
• 4.4 风电场出力对等值机械功率特性的影响57-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果68-69
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作69-70
• 致谢70-71
• 附录71-73
• 附录1 CIGRE B4-39原始数据参数71-73
• 附录2 CIGRE B4-39系统动态文件(部分参数)73

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