风电系统电压稳定性的Hopf分岔研究

【摘要】：由于风电系统输出功率的不确定性和随机性，使电压稳定性问题成为束缚大规模风电并网的瓶颈。应用分岔理论分析风电系统的电压稳定性具有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要工作如下： 1、基于恒速恒频风电机组建立风电场的动态等值模型，选择风电场注入系统有功功率和无功功率为分岔控制参数，计算得出了风电系统接入点电压的动态分岔曲线和功率稳定分岔边界。分析表明系统接入点电压随着风电机组功率变化存在复杂的分岔现象，在极值分岔点之前可能存在Hopf分岔现象，说明目前常用的以静态功率极限点估算系统稳定裕度的方法偏于乐观。同时在算法上，通过把延拓法和直接法相结合，成功地将关键特征值法引入到多参数分岔分析中，使Hopf分岔点的追踪计算更加简化、速度更快。 2、基于简单的含风电场的单机对无穷大电力系统，以风电场注入系统有功功率的变化量作为分岔参数，对比分析了不加装无功补偿装置和分别安装静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）及静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）三种情况下的Hopf分岔现象。结果表明在不加装无功补偿装置的情况下，当系统运行点逼近Hopf分岔点时，系统电压幅值跌落和振荡频率都很大。当接入点处加装SVC和STATCOM无功补偿装置后，可以有效地减小系统电压振荡、抑制Hopf分岔的发生，同时在一定程度上增加了系统运行的稳定域。进一步的理论分析和数字仿真表明，由于STATCOM的动态性能比SVC的更好，因此装设STATCOM能够更加有效、及时地抑制Hopf分岔发生时系统电压的波动。 【关键词】：恒速恒频风电机组 电压稳定性 Hopf分岔 多参数分析 静止无功补偿装置 静止同步补偿器
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景及意义9-15
• 1.1.1 风力发电发展现状概述9-11
• 1.1.2 风力发电机组简介11-13
• 1.1.3 风电机组并网运行特点13-15
• 1.2 分岔理论的电压稳定性研究15-17
• 1.2.1 电力系统电压稳定性概述15-16
• 1.2.2 电压稳定性的分岔研究现状16-17
• 1.2.3 Hopf 分岔理论应用于风电系统17
• 1.3 本文的主要工作17-19
• 第二章 分岔理论基础知识19-26
• 2.1 结构稳定性与分岔理论的基础知识19-24
• 2.1.1 结构稳定性与分岔19-20
• 2.1.2 电力系统微分代数分岔20-22
• 2.1.3 应用于 Hopf 分岔的中心流形理论及 P-B 范式22-24
• 2.2 Hopf 分岔的多参数分析方法24-25
• 2.3 小结25-26
• 第三章 恒速恒频发电机组数学模型与多参数 Hopf 分岔分析26-45
• 3.1 恒速恒频风电机组数学模型26-29
• 3.1.1 风力机的数学模型26-27
• 3.1.2 异步风力发电机的数学模型27-28
• 3.1.3 无功补偿模型28
• 3.1.4 风电场的等值28-29
• 3.2 连续法与简化直接法追踪动态电压稳定的 Hopf 分岔点29-38
• 3.2.1 简化直接法29-32
• 3.2.2 连续法32-34
• 3.2.3 关键特征值确定34-37
• 3.2.4 算法流程37-38
• 3.3 风电系统 Hopf 多参数分析38-43
• 3.3.1 系统结构38-39
• 3.3.2 风电功率对系统接入点电压稳定多参数 Hopf 分析39-43
• 3.4 小结43-45
• 第四章 无功补偿装置在风电系统应用中的分岔分析45-55
• 4.1 恒速恒频风电机组无功特性和补偿策略45-46
• 4.2 无功补偿装置及其数学模型46-50
• 4.2.1 静止无功补偿器46-48
• 4.2.2 静止同步无功补偿器48-50
• 4.3 算例与结论分析50-54
• 4.3.1 仿真模型50-51
• 4.3.2 无功补偿对风电系统 Hopf 分岔的影响51
• 4.3.3 仿真结果51-54
• 4.4 小结54-55
• 第五章 结论与展望55-57
• 参考文献57-61
• 发表论文和科研情况说明61-62
• 致谢62-63

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