大规模双馈风电并网对电力系统暂态稳定性的影响

【摘要】：由于传统化石能源储量的匮乏及环境污染问题的日益严重,基于风力发电的风电并网技术在世界各国迅速发展。随着风电并网容量的不断增大,其动态特性对电力系统暂态稳定的影响逐渐成为了风电并网技术研究的关键之一。本文主要围绕双馈风场对系统暂态稳定的影响及暂态稳定约束下风场出力的优化展开研究,主要工作如下： (1)研究了大扰动下双馈风机对系统暂态电压的影响。首先分别建立了静止坐标系下、旋转坐标系下双馈风机的数学模型；其次,基于磁链不能突变的原理推导了大扰动情况下具备LVRT能力的双馈风机并网点电压表达式,并分析了电压跌落深度、风场出力大小等因素的影响；最后利用时域仿真法,对单机无穷大系统中大扰动情况下双馈风机并网点电压进行分析,验证了双馈风机LVRT能力及电压跌落深度等影响因素的作用效果。 (2)研究了双馈风场等容量替换同步机情况下,双馈风场对SMIB系统暂态特性的影响机理。基于双馈风机的出力特点,分析了双馈风电机组动态特性与同步发电机动态特性的异同点；提出了双馈风机的负阻抗模型,并基于该模型分析了双馈风机等值替换对系统加减速面积的影响；利用时域仿真法,结合某电网实际运行数据,对风机并网前后系统暂态特性进行了仿真分析,验证了所得结论。 (3)提出了一种暂态稳定约束下风场出力配置的优化方法。借鉴OPF问题转化为OTS问题的思路,提出了计及暂态稳定约束的风场出力优化问题的数学模型,并明确了数学模型中目标函数及各约束条件的物理意义；分析了风场出力暂态稳定裕度灵敏度的计算方法,并基于风场出力暂态稳定裕度灵敏度这一指标提出了风场出力配置的优化算法；最后结合某电网实际数据仿真分析了优化前后的风场出力极限,结果证明了本文所提算法的有效性。 【关键词】：低电压穿越 风力发电 暂态稳定 等面积法则 出力极限
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 风机对系统暂态稳定影响的研究现状10-14
• 1.2.1 研究模型10-12
• 1.2.2 研究方法12-13
• 1.2.3 工程应用13-14
• 1.3 本文主要工作14-15
• 第2章 双馈风机并网点电压特性分析15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 风机并网系统的数学模型15-19
• 2.2.1 静止坐标系下的数学模型16-17
• 2.2.2 同步旋转坐标系下的数学模型17-19
• 2.3 双馈风机具LVRT时并网点电压推导19-21
• 2.4 仿真分析21-25
• 2.4.1 双馈风场LVRT能力的影响分析22-23
• 2.4.2 机端电压跌落深度的影响分析23-25
• 2.4.3 风场出力大小的影响25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 双馈风场对SMIB系统暂态稳定的影响27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 双馈风电机组动态特性分析27-30
• 3.2.1 双馈风电机组动态特性定性分析27-29
• 3.2.2 双馈风电机组动态特性仿真分析29-30
• 3.3 双馈风场对同步机暂态稳定影响分析30-39
• 3.3.1 等容量替换前同步机暂态特性分析30-32
• 3.3.2 等容量替换后同步机故障前状态分析32-34
• 3.3.3 等容量替换后同步机故障中加速面积分析34-36
• 3.3.4 等容量替换后同步机故障后减速面积分析36-37
• 3.3.5 仿真验证37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 暂态稳定约束下双馈型风场出力最大化41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 数学模型41-45
• 4.2.1 目标函数42
• 4.2.2 等式约束42
• 4.2.3 静态不等式约束42-43
• 4.2.4 公平性约束43
• 4.2.5 暂态稳定约束处理方法43-45
• 4.3 问题求解45-49
• 4.3.1 风场出力的暂态稳定裕度灵敏度计算45-46
• 4.3.2 风场出力最优问题的求解算法46-49
• 4.4 算例分析49-54
• 4.4.1 仿真系统介绍49-50
• 4.4.2 失稳故障集确定50-51
• 4.4.3 风场有功出力灵敏度计算51
• 4.4.4 优化前后风场出力极限对比51-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 结论与展望55-57
• 5.1 总结55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作62-63
• 致谢63

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