大规模风电接入对电力系统稳定性影响及控制措施研究

【摘要】：在能源和环境的双重压力下，风力发电技术受到了越来越普遍的重视，正逐步走向规模化和产业化，越来越多的大中型风电场相继建成并与电力系统联网运行，其在电网中的比例日益增大，接入电压等级从最初的配电系统发展到高压输电系统。大量风电并网对电力系统的安全稳定运行带来了挑战，其影响也越来越广泛和复杂，开展风电并网带来的一系列技术问题的相关研究非常重要和迫切。在此背景下，本文对风电并网对电力系统的稳定性影响问题进行系统而深入的研究，使得大规模风电场能合理平稳地接入电力系统，为风力发电的政策制定、规划设计、生产运行提供理论准备和技术支撑。 本论文的具体内容如下： 1.为系统地分析风电机组对电力系统小干扰和暂态稳定性的影响，对三种常见类型的风力发电机组接入后的电力系统稳定性进行了系统的比较研究。首先确定了这三类风力发电机组的动态模型，之后以WSCC3机9节点和8机24节点系统为例，采用特征值分析和动态时域仿真方法，系统地比较了在同一母线接入异步风力发电机、双馈感应风电机组和永磁直驱风力发电机与接入同等容量同步发电机组对系统小干扰稳定和暂态稳定性的影响。 2.为研究风电并网对互联系统低频振荡的影响，基于完整的双馈感应风力发电机组模型，定性分析了两区域互联系统在风电机组并网前后阻尼特性的变化情况，给出了风电场在系统送电侧和受电侧时系统的阻尼增量。从双馈感应风力发电机组并网输送距离、并网容量、互联系统联络线传送功率(大小与方向)、是否加装电力系统稳定器等多方面多角度分析了风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响。之后，在两个2区域系统算例上进行了比较分析。 3.为了改善风电并网后互联系统的动态稳定性，将附加阻尼控制静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)引入含风电的互联系统。以含双馈感应发电机的风电系统功率关系为基础，推导了在转子电流限制条件下风电机组的无功功率极限，借助开环系统的留数指标定位SVC加装点；从暂态能量的角度分析了含SVC的互联系统区域模式振荡的能量描述问题；设计了用于改善系统阻尼特性的SVC附加阻尼控制器，并采用特征根灵敏度法确定控制器参数。最后在IEEE2区域4机系统上进行有效性验证和研究。 4.电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)为励磁系统产生辅助控制信号来改善系统的阻尼进而抑制低频振荡。迄今为止，已提出了多种不同的PSS设计方法，并得到了不同程度的应用。为推动不同类型的PSS在电力系统中的实际应用，对4种有代表性的PSS设计方法的原理和特性进行比较研究，包括传统PSS、单神经元PSS、自适应PSS和多频带PSS。为使比较研究具有共同的基础,这4种PSS的参数都采用最速下降法优化确定。最后，以8机24节点系统为例对这4种PSS设计方法的性能进行了比较分析。 【关键词】：电力系统 风电并网 小干扰稳定 暂态稳定 低频振荡 特征值分析 静止无功补偿器 阻尼控制 电力系统稳定器
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 论文的研究背景和意义12-13
• 1.2 风力发电的发展概述13-16
• 1.2.1 国外风力发电的发展概述13-15
• 1.2.2 国内风力发电的发展概述15-16
• 1.3 大规模风电并网的若干问题16-19
• 1.4 研究现状19-23
• 1.4.1 风电机组建模和仿真19-20
• 1.4.2 风电并网对系统稳定性的影响20-21
• 1.4.3 改善风电并网系统阻尼特性的控制策略21-23
• 1.4.4 其它风电并网问题23
• 1.5 论文的主要工作23-26
• 第二章 不同类型风电机组对电力系统小干扰和暂态稳定性的影响研究26-47
• 2.1 引言26
• 2.2 风电机组数学模型26-33
• 2.2.1 异步风力发电机组27-29
• 2.2.2 双馈感应风力发电机组29-32
• 2.2.3 永磁直驱风力发电机32-33
• 2.3 电力系统稳定分析方法33-36
• 2.3.1 小干扰稳定分析33-35
• 2.3.2 暂态稳定分析35-36
• 2.4 算例与仿真结果36-45
• 2.4.1 算例36-37
• 2.4.2 特征根分析37-39
• 2.4.3 时域仿真分析39-43
• 2.4.4 进一步分析43-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第三章 DFIG 风电场并网对互联系统低频振荡特性的影响47-66
• 3.1 引言47-48
• 3.2 简单互联系统的低频特性48-50
• 3.3 含风电机组的互联系统50-53
• 3.3.1 双馈感应风力发电系统模型50-52
• 3.3.2 含风电机组的互联系统阻尼特性52-53
• 3.4 电力系统稳定器53-54
• 3.5 算例与仿真结果54-64
• 3.5.1 算例54-55
• 3.5.2 风电入网输送距离对阻尼特性的影响55-59
• 3.5.3 联络线传送功率对区域间振荡模式的影响59-61
• 3.5.4 风电出力对互联系统低频特性的影响61-62
• 3.5.5 进一步分析62-64
• 3.6 本章小结64-66
• 第四章 附加阻尼控制静止无功补偿器对含风电互联系统阻尼特性的影响66-77
• 4.1 引言66
• 4.2 DFIG 风电场无功功率关系分析66-68
• 4.3 SVC 阻尼控制原理及数学模型68-70
• 4.3.1 含 SVC 的互联系统区域模式振荡的能量描述68-69
• 4.3.2 ADC-SVC 模型69-70
• 4.4 算例与仿真结果70-75
• 4.4.1 系统模型70-71
• 4.4.2 ADC-SVC 参数71-73
• 4.4.3 系统鲁棒性分析73-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 四种不同类型电力系统稳定器对系统性能的影响77-89
• 5.1 引言77-78
• 5.2 系统模型和相关概念78-79
• 5.2.1 概率特征值78
• 5.2.2 优化问题和求解方法78-79
• 5.3 四种电力系统稳定器模型79-81
• 5.3.1 SNPSS79-80
• 5.3.2 APSS80
• 5.3.3 MBPSS80-81
• 5.4 算例分析81-86
• 5.4.1 特征值分析81-86
• 5.4.2 大干扰时域仿真86
• 5.5 本章小结86-89
• 结论与展望89-92
• 参考文献92-106
• 附录1 3机9节点系统106-108
• 附录2 8机24节点系统108-110
• 附录3 2区域4机系统110-111
• 攻读博士学位期间取得的研究成果111-113
• 致谢113-114
• 附件114

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