含风电场的电力系统频率稳定的同伦函数分析法

论文摘要

风力发电凭借其绿色环保、资源丰富、容易开发、性价比逐步提高等优势得到了世界各国的广泛重视,是目前世界上发展得最快的可再生能源。随着风力发电在电网中比重的不断提高,风电场输出功率不断波动这一特性使得含风电场的电力系统的稳定性研究变得越来越重要。特别是在风电系统遭受大干扰之后,由于有功功率平衡遭到破坏,势必对系统的频率稳定特性有一定影响。本文的目的是为风电系统的频率稳定分析提供一种有效途径。特征值分析法是一种用来分析复杂非线性动力系统稳定性的方法;同伦函数表征了动力系统中拓扑空间之间的耦合关系,在进行特征值分析时可以用来确定风电系统特征值所对应的具体状态变量。本文将同伦函数引入到风电系统的频率稳定分析中来。首先对恒速风力发电机和双馈风力发电机的原理和特点进行了探讨,在此基础上建立了统一的含风电场的电力系统频率稳定分析的数学模型;接着本文对电力系统频率稳定的分析方法进行了探讨,重点介绍了从李雅普诺夫稳定性原理发展而来的特征值分析法。然后详细分析了同伦函数的原理及其在风电系统特征值分析中的应用,指出可以利用同伦函数辨别出系统特征值对应的状态变量,特别是与系统频率相关的状态变量,以便更加准确地进行频率稳定特征值分析。最后,针对含有恒速风力发电机组和双馈风力发电机组的电力系统,运用特征值分析法并借助同伦函数的辨别结果实现了频率稳定特性的比较和分析。仿真结果表明含双馈风力发电机组的电力系统具有更好的频率稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的背景和意义
• 1.2 国内外风力发电的发展和现状
• 1.2.1 国外风力发电发展概况
• 1.2.2 我国风力发电发展概况
• 1.3 含风电场的电力系统稳定性研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 风力发电机模型
• 2.1 风力发电机的组成及其分类
• 2.1.1 风力发电机的组成
• 2.1.2 常见风力发电机组的分类
• 2.2 风速模型
• 2.3 风轮模型
• 2.4 传动部分模型
• 2.5 发电机模型
• 2.5.1 恒速恒频发电机模型
• 2.5.2 双馈发电机模型
• 2.6 统一的风电场模型
• 第3章 电力系统频率稳定性
• 3.1 电力系统稳定
• 3.1.1 静态稳定、动态稳定及暂态稳定
• 3.1.2 功角稳定、电压稳定和频率稳定
• 3.2 电力系统频率稳定分析方法
• 3.2.1 动力系统稳定性原理
• 3.2.2 几种电力系统频率稳定分析方法
• 3.3 特征值分析法
• 3.3.1 非线性系统的线性近似稳定性
• 3.3.2 电力系统特征值分析法
• 第4章 基于同伦函数的电力系统频率稳定特征值分析
• 4.1 同伦函数的概念
• 4.2 同伦函数的分析步骤
• 4.2.1 状态变量与特征值的对应关系
• 4.2.2 同伦函数法分析步骤
• 4.3 含风电场的电力系统频率稳定特征值的同伦函数分析法
• 4.3.1 含风电场的电力系统模型
• 4.3.2 频率稳定的特征值计算方法
• 第5章 仿真计算与分析
• 5.1 仿真算例
• 5.2 特征值分析
• 5.2.1 对应关系分析与特征值计算
• 5.2.2 恒速风电系统与双馈风电系统的特征值分析
• 5.3 系统频率稳定分析
• 5.3.1 风电场出力恒定时系统频率的动态特性
• 5.3.2 不同风电穿透功率下系统频率的动态特性
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录