含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性與協(xié)調(diào)控制研究

【摘要】：為進(jìn)一步提高遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)輸送風(fēng)電的能力,本文結(jié)合東北電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際,分析了含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性及風(fēng)電接網(wǎng)特點(diǎn),研究了高比例風(fēng)電的接入給東北蒙東地區(qū)送端電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)定控制帶來(lái)的新問(wèn)題。在論文研究中,本文著重在風(fēng)電場(chǎng)群建模、暫態(tài)穩(wěn)定性、穩(wěn)定控制等方面開展了工作。 首先針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型、控制系統(tǒng)模型、風(fēng)力機(jī)模型、轉(zhuǎn)子模型、風(fēng)速—功率模型進(jìn)行實(shí)用化建模研究。為有效克服以往對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單阻抗等值而帶來(lái)的仿真精度問(wèn)題,本文提出了一種新的風(fēng)電機(jī)組群節(jié)點(diǎn)等值方法,該方法在等值過(guò)程中有效計(jì)及了風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓、導(dǎo)納阻抗之間的關(guān)系和風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)與并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的電氣特性聯(lián)系。本文將該方法應(yīng)用到電力系統(tǒng)綜合仿真程序(PSASP)風(fēng)電場(chǎng)群建模之中,建立了含有風(fēng)電場(chǎng)群等值模型的電力系統(tǒng)仿真分析系統(tǒng)。應(yīng)用風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)機(jī)模型參數(shù)進(jìn)行了修正,應(yīng)用風(fēng)電場(chǎng)短路試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群等值模型進(jìn)行校核,進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性及為后續(xù)的穩(wěn)定控制研究奠定了仿真基礎(chǔ)。 其次從理論和仿真兩方面,研究了遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)電壓和暫態(tài)功角穩(wěn)定的機(jī)理及內(nèi)在相關(guān)性,分析了送端電網(wǎng)暫態(tài)失穩(wěn)的特征和送端電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組與風(fēng)電機(jī)組對(duì)外送通道暫態(tài)穩(wěn)定的相互影響,總結(jié)了遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中影響穩(wěn)定的主導(dǎo)因素,明確了本文在提高遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定技術(shù)措施的研究方向,即快速優(yōu)化調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)械功率和動(dòng)態(tài)過(guò)程中提高關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓支撐能力。為后續(xù)的穩(wěn)定控制研究奠定了理論基礎(chǔ)。 研究了基于H-P方程的最優(yōu)化控制理論,結(jié)合實(shí)際遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定特性,提出了一種以機(jī)組穩(wěn)定參量為二次性能指標(biāo)的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方法。該方法著重體現(xiàn)在汽門的優(yōu)化控制和切機(jī)的優(yōu)化控制,針對(duì)兩種優(yōu)化控制建立了適應(yīng)各自的狀態(tài)空間函數(shù)方程和求解流程。結(jié)合東北電網(wǎng)蒙東地區(qū)實(shí)際送端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和火電機(jī)組參數(shù)進(jìn)行了快速汽門優(yōu)化控制推導(dǎo),將傳統(tǒng)的“預(yù)案式”快速氣門控制轉(zhuǎn)化為基于機(jī)組穩(wěn)定參量變化的時(shí)時(shí)優(yōu)化控制,并通過(guò)仿真結(jié)果證明了通過(guò)快速汽門優(yōu)化控制對(duì)提高遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是有效的。應(yīng)用基于H-P方程的火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方法對(duì)切機(jī)措施協(xié)調(diào)控制進(jìn)行推導(dǎo),將協(xié)調(diào)控制問(wèn)題歸結(jié)為切機(jī)量與機(jī)組臨界切除時(shí)間的求取,并應(yīng)用仿真結(jié)果證明了應(yīng)用新方法求取機(jī)組臨界切除時(shí)間的有效性和采取切機(jī)措施提高遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)輸送風(fēng)電能力的可行性。 結(jié)合送端電網(wǎng)關(guān)鍵電壓節(jié)點(diǎn)暫態(tài)過(guò)程中的變化特性及功角與電壓穩(wěn)定的相關(guān)性,提出了在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)振蕩中心的臨近節(jié)點(diǎn)處安裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的動(dòng)態(tài)無(wú)功控制措施。該項(xiàng)技術(shù)措施是在暫態(tài)振蕩過(guò)程中提高外送通道振蕩中心的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力,提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平的同時(shí)提高送端機(jī)組功角穩(wěn)定水平。本文應(yīng)用實(shí)際東北電網(wǎng)蒙東地區(qū)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)為例進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)措施的有效性。 【關(guān)鍵詞】：高比例風(fēng)電 遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定 協(xié)調(diào)控制
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM614;TM722
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 課題研究的背景12-15
• 1.2 風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.3 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制方法22-24
• 1.4 東北電網(wǎng)含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性24-27
• 1.4.1 東北地區(qū)送端電網(wǎng)風(fēng)電接網(wǎng)特點(diǎn)24-26
• 1.4.2 含高比例風(fēng)電的送端電網(wǎng)運(yùn)行特性26-27
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 第二章 含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)理及優(yōu)化控制理論29-47
• 2.1 引言29
• 2.2 制約遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的主要外部條件29-30
• 2.3 高比例風(fēng)電接入給遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定控制帶來(lái)的新問(wèn)題30-33
• 2.4 含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理及內(nèi)部主導(dǎo)因素研究33-42
• 2.4.1 基本暫態(tài)方程33-36
• 2.4.2 電磁特性方程36-39
• 2.4.3 影響暫態(tài)穩(wěn)定的內(nèi)部主導(dǎo)因素39-42
• 2.5 基于H-P方程的現(xiàn)代控制理論及適用性分析42-45
• 2.6 本章小結(jié)45-47
• 第三章 風(fēng)電場(chǎng)群機(jī)電暫態(tài)模型構(gòu)建及實(shí)用性驗(yàn)證47-65
• 3.1 風(fēng)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)實(shí)用化模型研究47-51
• 3.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型48
• 3.1.2 控制系統(tǒng)模型48-49
• 3.1.3 風(fēng)力機(jī)模型49-50
• 3.1.4 轉(zhuǎn)子模型50
• 3.1.5 風(fēng)速-功率模型50-51
• 3.2 適合大電網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)仿真的風(fēng)電場(chǎng)等值模型研究51-59
• 3.2.1 風(fēng)電機(jī)群等值描述52
• 3.2.2 一種新的風(fēng)電機(jī)組群節(jié)點(diǎn)等值方法52-56
• 3.2.3 新的節(jié)點(diǎn)等值方法與傳統(tǒng)等值方法的比較56-59
• 3.3 模型參數(shù)修正及應(yīng)用短路試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證59-64
• 3.3.1 應(yīng)用低電壓穿越現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正59-62
• 3.3.2 應(yīng)用短路試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第四章 含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)火電機(jī)組優(yōu)化控制研究65-97
• 4.1 高比例風(fēng)電接入對(duì)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定的影響65-67
• 4.2 優(yōu)化控制火電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響67-70
• 4.2.1 控制快速汽門對(duì)暫態(tài)功角穩(wěn)定的影響68-69
• 4.2.2 切機(jī)對(duì)暫態(tài)功角穩(wěn)定的影響69-70
• 4.3 基于H-P方程的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)火電機(jī)組優(yōu)化控制方法70-79
• 4.3.1 基于H-P方程的火電機(jī)組優(yōu)化控制方法及求解流程70-74
• 4.3.2 火電機(jī)組快速汽門的優(yōu)化控制74-76
• 4.3.3 系統(tǒng)切機(jī)措施優(yōu)化控制76-79
• 4.4 仿真分析79-95
• 4.4.1 實(shí)際仿真系統(tǒng)及計(jì)算條件79-82
• 4.4.2 火電機(jī)組與風(fēng)電機(jī)組對(duì)輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定影響研究82-85
• 4.4.3 優(yōu)化控制快速汽門措施提高系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真85-90
• 4.4.4 系統(tǒng)切機(jī)措施優(yōu)化控制仿真90-95
• 4.5 本章小結(jié)95-97
• 第五章 含高比例風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化控制研究97-113
• 5.1 遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)電壓與暫態(tài)功角穩(wěn)定之間的關(guān)系98-100
• 5.2 高比例風(fēng)電接入對(duì)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響100-104
• 5.3 遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)電壓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)暫態(tài)特性104-107
• 5.3.1 電壓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)劃分104-105
• 5.3.2 遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)電壓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)暫態(tài)特性105-107
• 5.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化控制研究107-111
• 5.5 本章小結(jié)111-113
• 第六章 總結(jié)113-115
• 6.1 主要研究結(jié)論113-114
• 6.2 有待進(jìn)一步開展的工作114-115
• 參考文獻(xiàn)115-121
• 在學(xué)研究成果121-123
• 致謝123

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