大規(guī)模風電接入對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響及控制措施研究

【摘要】：在能源和環(huán)境的雙重壓力下，風力發(fā)電技術(shù)受到了越來越普遍的重視，正逐步走向規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，越來越多的大中型風電場相繼建成并與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行，其在電網(wǎng)中的比例日益增大，接入電壓等級從最初的配電系統(tǒng)發(fā)展到高壓輸電系統(tǒng)。大量風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)，其影響也越來越廣泛和復(fù)雜，開展風電并網(wǎng)帶來的一系列技術(shù)問題的相關(guān)研究非常重要和迫切。在此背景下，本文對風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響問題進行系統(tǒng)而深入的研究，使得大規(guī)模風電場能合理平穩(wěn)地接入電力系統(tǒng)，為風力發(fā)電的政策制定、規(guī)劃設(shè)計、生產(chǎn)運行提供理論準備和技術(shù)支撐。 本論文的具體內(nèi)容如下： 1.為系統(tǒng)地分析風電機組對電力系統(tǒng)小干擾和暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，對三種常見類型的風力發(fā)電機組接入后的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)的比較研究。首先確定了這三類風力發(fā)電機組的動態(tài)模型，之后以WSCC3機9節(jié)點和8機24節(jié)點系統(tǒng)為例，采用特征值分析和動態(tài)時域仿真方法，系統(tǒng)地比較了在同一母線接入異步風力發(fā)電機、雙饋感應(yīng)風電機組和永磁直驅(qū)風力發(fā)電機與接入同等容量同步發(fā)電機組對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。 2.為研究風電并網(wǎng)對互聯(lián)系統(tǒng)低頻振蕩的影響，基于完整的雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機組模型，定性分析了兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)在風電機組并網(wǎng)前后阻尼特性的變化情況，給出了風電場在系統(tǒng)送電側(cè)和受電側(cè)時系統(tǒng)的阻尼增量。從雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機組并網(wǎng)輸送距離、并網(wǎng)容量、互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線傳送功率(大小與方向)、是否加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等多方面多角度分析了風電場并網(wǎng)對互聯(lián)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定及低頻振蕩特性的影響。之后，在兩個2區(qū)域系統(tǒng)算例上進行了比較分析。 3.為了改善風電并網(wǎng)后互聯(lián)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性，將附加阻尼控制靜止無功補償器(Static Var Compensator，SVC)引入含風電的互聯(lián)系統(tǒng)。以含雙饋感應(yīng)發(fā)電機的風電系統(tǒng)功率關(guān)系為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了在轉(zhuǎn)子電流限制條件下風電機組的無功功率極限，借助開環(huán)系統(tǒng)的留數(shù)指標定位SVC加裝點；從暫態(tài)能量的角度分析了含SVC的互聯(lián)系統(tǒng)區(qū)域模式振蕩的能量描述問題；設(shè)計了用于改善系統(tǒng)阻尼特性的SVC附加阻尼控制器，并采用特征根靈敏度法確定控制器參數(shù)。最后在IEEE2區(qū)域4機系統(tǒng)上進行有效性驗證和研究。 4.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabilizer，PSS)為勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生輔助控制信號來改善系統(tǒng)的阻尼進而抑制低頻振蕩。迄今為止，已提出了多種不同的PSS設(shè)計方法，并得到了不同程度的應(yīng)用。為推動不同類型的PSS在電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，對4種有代表性的PSS設(shè)計方法的原理和特性進行比較研究，包括傳統(tǒng)PSS、單神經(jīng)元PSS、自適應(yīng)PSS和多頻帶PSS。為使比較研究具有共同的基礎(chǔ),這4種PSS的參數(shù)都采用最速下降法優(yōu)化確定。最后，以8機24節(jié)點系統(tǒng)為例對這4種PSS設(shè)計方法的性能進行了比較分析。 【關(guān)鍵詞】：電力系統(tǒng) 風電并網(wǎng) 小干擾穩(wěn)定 暫態(tài)穩(wěn)定 低頻振蕩 特征值分析 靜止無功補償器 阻尼控制 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM614;TM712
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 論文的研究背景和意義12-13
• 1.2 風力發(fā)電的發(fā)展概述13-16
• 1.2.1 國外風力發(fā)電的發(fā)展概述13-15
• 1.2.2 國內(nèi)風力發(fā)電的發(fā)展概述15-16
• 1.3 大規(guī)模風電并網(wǎng)的若干問題16-19
• 1.4 研究現(xiàn)狀19-23
• 1.4.1 風電機組建模和仿真19-20
• 1.4.2 風電并網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響20-21
• 1.4.3 改善風電并網(wǎng)系統(tǒng)阻尼特性的控制策略21-23
• 1.4.4 其它風電并網(wǎng)問題23
• 1.5 論文的主要工作23-26
• 第二章 不同類型風電機組對電力系統(tǒng)小干擾和暫態(tài)穩(wěn)定性的影響研究26-47
• 2.1 引言26
• 2.2 風電機組數(shù)學(xué)模型26-33
• 2.2.1 異步風力發(fā)電機組27-29
• 2.2.2 雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機組29-32
• 2.2.3 永磁直驅(qū)風力發(fā)電機32-33
• 2.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析方法33-36
• 2.3.1 小干擾穩(wěn)定分析33-35
• 2.3.2 暫態(tài)穩(wěn)定分析35-36
• 2.4 算例與仿真結(jié)果36-45
• 2.4.1 算例36-37
• 2.4.2 特征根分析37-39
• 2.4.3 時域仿真分析39-43
• 2.4.4 進一步分析43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 第三章 DFIG 風電場并網(wǎng)對互聯(lián)系統(tǒng)低頻振蕩特性的影響47-66
• 3.1 引言47-48
• 3.2 簡單互聯(lián)系統(tǒng)的低頻特性48-50
• 3.3 含風電機組的互聯(lián)系統(tǒng)50-53
• 3.3.1 雙饋感應(yīng)風力發(fā)電系統(tǒng)模型50-52
• 3.3.2 含風電機組的互聯(lián)系統(tǒng)阻尼特性52-53
• 3.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器53-54
• 3.5 算例與仿真結(jié)果54-64
• 3.5.1 算例54-55
• 3.5.2 風電入網(wǎng)輸送距離對阻尼特性的影響55-59
• 3.5.3 聯(lián)絡(luò)線傳送功率對區(qū)域間振蕩模式的影響59-61
• 3.5.4 風電出力對互聯(lián)系統(tǒng)低頻特性的影響61-62
• 3.5.5 進一步分析62-64
• 3.6 本章小結(jié)64-66
• 第四章 附加阻尼控制靜止無功補償器對含風電互聯(lián)系統(tǒng)阻尼特性的影響66-77
• 4.1 引言66
• 4.2 DFIG 風電場無功功率關(guān)系分析66-68
• 4.3 SVC 阻尼控制原理及數(shù)學(xué)模型68-70
• 4.3.1 含 SVC 的互聯(lián)系統(tǒng)區(qū)域模式振蕩的能量描述68-69
• 4.3.2 ADC-SVC 模型69-70
• 4.4 算例與仿真結(jié)果70-75
• 4.4.1 系統(tǒng)模型70-71
• 4.4.2 ADC-SVC 參數(shù)71-73
• 4.4.3 系統(tǒng)魯棒性分析73-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 第五章 四種不同類型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對系統(tǒng)性能的影響77-89
• 5.1 引言77-78
• 5.2 系統(tǒng)模型和相關(guān)概念78-79
• 5.2.1 概率特征值78
• 5.2.2 優(yōu)化問題和求解方法78-79
• 5.3 四種電力系統(tǒng)穩(wěn)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 大干擾時域仿真86
• 5.5 本章小結(jié)86-89
• 結(jié)論與展望89-92
• 參考文獻92-106
• 附錄1 3機9節(jié)點系統(tǒng)106-108
• 附錄2 8機24節(jié)點系統(tǒng)108-110
• 附錄3 2區(qū)域4機系統(tǒng)110-111
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果111-113
• 致謝113-114
• 附件114

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