含大规模风电电力系统的暂态控制策略研究

【摘要】：近年来,国内新建了一批千万千瓦级的风电基地,风电的利用呈现出集中化和大规模化的趋势。风电的大规模并网改变了电力系统的原有特性,带来了一系列影响,对电力系统的暂态稳定性,即其在遭受较大扰动时保持稳定的能力的影响也是其中一方面。风电的波动性和所采用机组的暂态特性是系统暂态特性发生改变的原因,其对系统的安全稳定运行造成了一定的影响。因此,研究大规模风电并网情况下电力系统所应采取的暂态控制策略具有重要的意义。首先,基于由双馈感应风电机组组成的风电场模型,利用时域仿真法研究了风电大量并网给电力系统暂态稳定性带来的影响。分析了风电并网给系统的暂态稳定性带来的不确定性,研究了风电有功出力波动和无功需求对系统暂态稳定造成的影响。研究了改善风电场暂态电压特性的控制策略。分析了双馈感应风电机组的无功功率输出潜力,进而利用其网侧变流器在故障过程中发出无功配合桨距角控制来作为风电机组的暂态电压控制策略。研究了风电场中SVG的装设和其所应采取的控制策略。仿真证明,将两者相结合的协调控制策略减轻了风电场出口母线在电网故障发生时的电压跌落程度,改善了电压的恢复过程。其次,针对风火并存系统在发生故障进入紧急状态的情况,采用切机的措施来使系统维持稳定,分析认为在切机对象的选择上,不仅要考虑火电,也应该考虑风电,从而提出了一种风、火电联合切机的方案。该方案在保证系统稳定的前提下,以火电切机量的减少为目标,通过风电出力水平与门槛值的对比将风电安排进入切机的序列表中,制定出合适的风、火电切机比例。两个算例仿真验证了所提方案的有效性和可行性。最后针对国内风电大规模脱网频发的现象进行了分析,利用仿真重现了脱网的过程,认为其原因主要在于机组低电压穿越能力的缺失和风电场内无功管理的不善,据此提出了防止风电大规模脱网的对策,提高了大规模风电基地的运行能力。 【关键词】：风电并网 暂态控制策略 切机控制 风电脱网
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 电力系统的暂态控制策略研究现状10-12
• 1.3 含风电电力系统的暂态稳定研究现状12-16
• 1.3.1 风电场动态建模研究现状12-13
• 1.3.2 风电并网对系统暂态稳定影响的研究现状13-14
• 1.3.3 提高风电并网暂态稳定性措施的研究现状14-15
• 1.3.4 风电大规模脱网的研究现状15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 含大规模风电电力系统暂态性能的分析17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 风电场的构成17-18
• 2.3 同步发电机及风电场的模型18-23
• 2.3.1 同步发电机模型19-20
• 2.3.2 风电场模型20-23
• 2.4 风电并网对系统暂态特性影响的仿真分析23-29
• 2.4.1 等量风电替换火电对系统暂态特性影响的分析24-26
• 2.4.2 风电渗透率对系统暂态影响的分析26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 风电场暂态电压控制策略的研究30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 风力发电机组的改进电压控制30-33
• 3.2.1 双馈风力发电机组的无功功率输出范围分析30-32
• 3.2.2 网侧变流器的改进控制策略32-33
• 3.2.3 桨距角的暂态控制策略33
• 3.3 风电场SVG暂态电压控制33-36
• 3.3.1 SVG的结构与工作原理34-35
• 3.3.2 SVG的控制策略35-36
• 3.4 风电场暂态电压协调控制策略36-37
• 3.5 风电场暂态电压控制策略的仿真验证37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 含大规模风电电力系统紧急状态控制策略40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 电力系统暂态切机控制40-44
• 4.3 含大规模风电系统切机控制策略研究44-48
• 4.3.1 风火电切机比例的制定44-46
• 4.3.2 切机控制相关量的计算46
• 4.3.3 风电场群切机流程46-48
• 4.4 切机控制算例仿真48-52
• 4.4.1 风火等效无穷大系统仿真48-50
• 4.4.2 10 机39节点系统仿真50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 防止风电大规模脱网的对策研究53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 风电大规模脱网过程分析53-60
• 5.2.1 单个风电场群脱网过程分析53-55
• 5.2.2 高电压脱网的原因分析55-56
• 5.2.3 大规模风电脱网与系统的交互影响分析56-60
• 5.3 风电大规模脱网的预防对策研究60-62
• 5.3.1 风电机组的低电压穿越60-61
• 5.3.2 风电场内无功补偿设备的改善61
• 5.3.3 对策的仿真验证61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

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