基于能量函数的含风电电力系统暂态稳定分析与控制

【摘要】：随着风电在电网中的渗透比例越来越高,大容量风电场直接接入高压输电网将对我国电网带来越来越大的影响。大容量的风电直接接入电网,将使得原有系统的功率分布以及整个系统的动态特性发生改变。并且由于风电机组与同步发电机组有着不同的稳态与暂态性能,因此风电接入后电力系统的稳定性会发生变化,对电力系统传统的暂态稳定方法提出了新的要求。 在各种暂态稳定在线分析方法中,暂态能量函数方法以其能够定量计算系统稳定程度,适合于灵敏度分析等优点得到较多关注。有鉴于此,本文围绕含有风电的电力系统暂态能量函数数学模型、暂态稳定定量分析方法以及在风速扰动下暂态稳定分析等前沿科学技术问题展开深入研究,主要研究成果如下： 1)以经典模型下的电力系统暂态能量函数为基础,建立了含风电电力系统的暂态能量函数数学模型,由此可以定量计算出网络中每条支路上的暂态势能及分布在风力发电机当中的暂态能量。基于该模型研究了接入风电后系统的暂态能量在网络中的分布特性,动能和势能之间的转换关系,以及网络暂态能量的分布同系统稳定性之间的关系,为含风电电力系统暂态稳定分析奠定了基础。 2)基于本文提出的含风电电力系统能量函数数学模型,研究了风电机组接入电力系统的功角特性,进而对风电机组接入后的电力系统功角稳定性进行了理论分析。据此分析了在风速突然变化时的系统暂态能量分布特性,提出了含风电电力系统稳定运行的必要条件,并建立了风速扰动时电力系统的稳定性判据。 3)基于含风电电力系统暂态能量函数,提出了在含风电电力系统的输电网络上串联可控串联补偿装置(TSCS)的控制策略。该控制策略充分利用了TCSC的可连续调节的特性,仅需所装设支路的就地信号,不需要任何其他遥测信息量,为解决基于能量函数控制策略的离散性与控制设备的可连续调节的矛盾提供切实可行的新方法。最后将预测技术应用于控制策路的有效实施。 4)将本文所建立的能量函数模型应用于我国东北某实际含风电电力系统中,对该系统在故障时的暂态稳定性进行分析计算。对仅依赖于支路信息稳定性指标进行了相应的修正,使之能够适应含风电电力系统在不同扰动下稳定性的定量计算。并采用对实际电网装设TCSC装置,使用本文所提的控制策略对装置进行控制,以提高实际系统的稳定性。 【关键词】：暂态稳定性 含风电电力系统暂态能量函数 可控串联补偿 控制策略 风速扰动 稳定判据
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM712
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-24
• 1.1 选题背景及意义8
• 1.2 风力发电发展现状8-14
• 1.3 含风电的电力系统稳定分析现状14-20
• 1.4 含风电电力系统TCSC研究现状20-21
• 1.5 目前研究存在问题21-22
• 1.6 本文主要工作22-24
• 第二章 含风电电力系统暂态能量函数24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 基于轨迹的支路势能函数理论概要24-27
• 2.3 含风电电力系统暂态能量函数27-34
• 2.4 仿真验证与研究34-37
• 2.5 小结37-38
• 第三章 含风电电力系统暂态稳定分析38-55
• 3.1 引言38
• 3.2 含风电电力系统稳定性问题38-40
• 3.3 含风电的单机无穷大系统暂态稳定判据40-48
• 3.4 含风电电力系统暂态稳定仿真实验48-53
• 3.5 小结53-55
• 第四章 提高风电系统稳定性的可控串联补偿策略55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 TCSC对电力系统暂态稳定性的影响及工作原理55-58
• 4.3 基于暂态能量函数的TCSC控制策略58-63
• 4.4 TCSC控制变量的预测63-64
• 4.5 仿真验证64-70
• 4.6 小结70-71
• 第五章 实际系统应用71-84
• 5.1 引言71
• 5.2 实际系统参数71-77
• 5.3 实际系统暂态能量分布77-78
• 5.4 实际系统稳定性定量计算78-81
• 5.5 实际系统稳定控制81-83
• 5.6 小结83-84
• 第六章 结论与展望84-86
• 6.1 结论84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-94
• 致谢94-95
• 个人简介95-96
• 附录1 算例系统96-99
• 附录2 第三章部分公式推导99

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