基于安全域的安全约束机组组合与风电并网影响分析

【摘要】：随着大区电网互联、风电等可再生能源发电的大量并网，电力系统的运行状况更为复杂，安全稳定问题日益突出。电力系统调度处于保证电网安全稳定运行的第一线，亟需开发可在电网日常调度中有效考虑电网安全稳定约束的方法与工具。同时，随着风电渗透率的增加，双馈风电场对电力系统的安全稳定运行提出了严峻的挑战。针对上述问题，本文以安全域的方法学为基础，开展了如下研究： 首先，基于―安全域的边界可用超平面近似描述‖的事实，提出了一种可综合考虑机组运行约束、系统约束和网络安全约束的多目标机组组合模型。该模型具有如下重要特点：a.首次在电力系统日前调度中同时计及了支路潮流约束、静态电压稳定约束和暂态稳定约束，为电力系统调度人员处理安全性约束提供了有效的工具；b.通过运行点到安全域边界的距离，评估调度方案的安全裕度，并将系统的总运行成本和安全裕度同时作为优化的子目标，从而为电力系统调度人员协调系统运行的经济性和安全性这一矛盾提供了新的思路与方法。 其次，研究了含双馈风电场电力系统的小扰动稳定域，分析了系统中主要机电振荡模态与小扰动稳定域边界的对应关系；比较了风电场接入前后以及接入位置对系统小扰动稳定性的影响。通过大量仿真发现，在工程关心的范围内，接入双馈风机后，节点功率注入空间上电力系统小扰动稳定域的边界仍可以用一个或少数几个超平面近似拟合，为域的方法应用于含双馈风机电力系统小扰动稳定性分析与控制奠定了基础。 再次，提出了基于安全域的含风电电力系统概率小扰动稳定分析方法。与基于特征值分析的传统概率小扰动稳定分析方法相比，该方法具有明显的计算优势，可显著降低在小扰动稳定分析中计及风电、负荷等不确定性因素所带来的计算负担。同时，建立了基于安全域的小扰动稳定约束优化潮流模型，通过发电再调度与弃风来改善风电接入系统的小扰动稳定性；该模型克服了传统方法难以显式描述小扰动稳定约束的困难；通过算例验证了该模型的有效性。 最后，研究了节点功率注入空间上保证事故后含双馈风电场电力系统暂态稳定的动态安全域，比较了双馈风机接入前后，系统动态安全域的变化，并对其机理进行了分析。通过大量仿真发现，在工程关心的范围内，接入双馈风机后，节点功率注入空间上电力系统动态安全域的边界仍可以用一个或少数几个超平面进行拟合，为含风电电力系统的安全监视、评估与控制提供了一种有效的工具。 【关键词】：机组组合 静态电压稳定 暂态稳定 双馈风机 小扰动稳定域 动态安全域
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 区域电网互联9-10
• 1.1.2 风电的大量并网10-11
• 1.2 电力系统机组组合问题11-15
• 1.2.1 UC 问题的模型12-13
• 1.2.2 UC 问题的求解方法13-15
• 1.3 大规模风电并网影响研究15-21
• 1.3.1 双馈风电机组建模研究现状16-17
• 1.3.2 含双馈风电场电力系统稳定性研究现状17-21
• 1.4 本文的主要工作21-23
• 第二章 理论基础23-35
• 2.1 引言23-27
• 2.2 节点功率注入空间上安全域的理论及研究现状27-34
• 2.2.1 静态安全域27-29
• 2.2.2 小扰动稳定域29-31
• 2.2.3 动态安全域31-34
• 2.3 安全域方法学在本文中的应用34
• 2.4 小结34-35
• 第三章 基于安全域的安全约束机组组合35-58
• 3.1 引言35
• 3.2 三种实用安全域35-36
• 3.3 基于安全域的安全约束机组组合模型36-42
• 3.3.1 目标函数37-40
• 3.3.2 约束条件40-41
• 3.3.3 约束条件的转化41-42
• 3.4 求解方法42-46
• 3.4.1 机组启停优化子问题的求解43-46
• 3.4.2 负荷分配优化子问题的求解46
• 3.5 算例分析46-57
• 3.5.1 算例简介46-47
• 3.5.2 网络安全约束47-48
• 3.5.3 结果分析48-57
• 3.6 小结57-58
• 第四章 含双馈风机电力系统的小扰动稳定域58-80
• 4.1 引言58-59
• 4.2 电力系统数学模型59-68
• 4.2.1 同步发电机模型59-61
• 4.2.2 双馈风机模型61-68
• 4.3 电力系统小扰动稳定域68-69
• 4.4 算例分析69-78
• 4.4.1 算例简介69-70
• 4.4.2 模态分析70-72
• 4.4.3 小扰动稳定域72-78
• 4.5 结论78-80
• 第五章 基于安全域的含双馈风机电力系统小扰动稳定分析80-91
• 5.1 引言80-81
• 5.2 基于安全域的电力系统概率小扰动稳定分析81-84
• 5.2.1 不确定性因素的概率模型81-83
• 5.2.2 电力系统概率小扰动稳定分析的基本流程83-84
• 5.3 基于安全域的小扰动稳定约束优化潮流84-86
• 5.4 算例分析86-90
• 5.4.1 算例简介86
• 5.4.2 概率小扰动稳定分析86-89
• 5.4.3 小扰动稳定约束优化潮流89-90
• 5.5 小结90-91
• 第六章 含双馈风机电力系统的动态安全域91-103
• 6.1 引言91
• 6.2 电力系统的动态安全域91-92
• 6.3 DSR 的求解方法92-94
• 6.4 算例分析94-102
• 6.4.1 算例简介94-95
• 6.4.2 3 维空间上含 DFIG 电力系统的 DSR95-100
• 6.4.3 n 维空间上含 DFIG 电力系统的 DSR100-102
• 6.5 小结102-103
• 第七章 结论103-105
• 参考文献105-120
• 附录120-126
• 发表论文和科研情况说明126-128
• 致谢128

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