风电系统电压稳定性研究及系统中的分岔现象

论文摘要

随着并网风电场容量和规模的扩大,其对常规电力系统的影响也越来越明显。风电并网对电力系统的影响已成为电力系统稳定性研究的一个重要领域。为了揭示含风电场电力系统电压稳定性的机理以及由于风电注入引起系统电压稳定性和解的结构变化过程,本文在风电场静态和动态数学模型的基础上,应用电压稳定性理论和分岔理论对含风电场(由恒速恒频机组构成)的电力系统电压稳定性进行了研究。论文的主要研究内容及结论有:1)、在风力发电机π型等值电路的基础上,利用加权求和法建立风电场的等值机模型,计及风电场异步发电机静态功率电压特性和功率增长规律,结合连续潮流算法和直接法的基本原理确定含风电电力系统的连续潮流算法和直接算法。连续潮流算法能够大范围追踪系统的平衡解流形,提供电压稳定性的详细信息,直接算法能够快速准确地确定系统鞍结分岔点。2)、以风电场的等值机模型并入多机电力系统为研究对象,采用连续潮流算法和直接算法相结合,对多机电力系统静态电压稳定性进行研究。仿真研究表明:风电机械功率的注入引起无功需求的增加。这种增加需要发电机节点和平衡节点提供强有力的无功支持;机端并联电容器组所提供的无功补偿能显著提升等值机低压侧和风电场并网点电压水平,提高了功率注入极限;同时,无功补偿提高了鞍结分岔点的电压水平,延缓了鞍结分岔的发生。3)、应用模态分析技术对含风电电力系统电压稳定性进行分析,揭示了导致含风电场的电力系统电压失稳的机理,为风电场并网点的选择及系统无功备用提供了理论依据。4)、建立了适合于风电系统分析的电容动态补偿的数学模型。以风力发电机和电容补偿动态模型为基础,对含风电的简单电力系统进行了分岔分析,在扩展潮流方程的可行解域能够追踪到鞍结分岔和动分岔(Hopf分岔),并且具有较高的计算精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电发展概况
• 1.1.1 世界风力发电发展概况
• 1.1.2 我国风力发电发展概况
• 1.1.3 风电场及风力发电机组
• 1.1.4 大型风电场并网运行的特点
• 1.2 风力发电并网运行的研究现状
• 1.3 电力系统电压稳定性研究现状
• 1.3.1 电压稳定定义与分类
• 1.3.2 电压稳定分析方法
• 1.4 分岔与电力系统电压稳定
• 1.5 本文的研究内容及主要工作
• 第二章 分岔理论在电力系统中的应用简介
• 2.1 非线性动力学理论
• 2.1.1 平衡点的稳定性
• 2.1.2 极限环及其稳定性
• 2.1.3 系统的结构稳定性与分岔理论
• 2.2 基于电力系统DAE 模型的分岔理论应用
• 2.2.1 电力系统的DAE 模型
• 2.2.2 鞍结分岔
• 2.2.3 Hopf 分岔
• 2.2.4 受约束DAE 系统的两种局部分岔
• 2.2.5 电力系统中的Fold 分岔与SNB 分岔
• 2.3 小结
• 第三章 含风电场的电力系统静态电压稳定性分析
• 3.1 静态电压稳定分析中的风电场数学模型
• 3.1.1 风力机的数学模型
• 3.1.2 异步风力发电机的数学模型
• 3.1.3 风电场的等值
• 3.2 常规连续潮流算法和直接算法
• 3.2.1 常规连续潮流算法
• 3.2.2 直接算法简介
• 3.2.3 小结
• 3.3 含风电场等值模型的连续潮流算法
• 3.3.1 含控制参数的风电系统静态稳定性分析的数学模型
• 3.3.2 连续潮流算法公式的修正
• 3.4 含风电场等值模型的SNB 算法
• 3.5 程序流程图
• 3.6 含风电场电力系统的算例分析
• 3.6.1 算例系统描述
• 3.6.2 风电机组机端无并联补偿
• 3.6.3 风电机组机端并联电容补偿
• 3.7 分岔分析
• 3.8 小结
• 第四章 含风电场的电力系统动态电压稳定性分析
• 4.1 稳定性研究的理论基础
• 4.2 含风电场电力系统的动态数学模型及其参数化
• 4.3 平衡解流形的追踪
• 4.4 含风电场电力系统的算例分析
• 4.4.1 算例系统描述
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 含风电场的电力系统电压稳定性的模态分析
• 5.1 模态分析的理论基础
• 5.1.1 常规潮流方程降阶雅可比矩阵的模态分析
• 5.1.2 含等值风电场模型的模态分析矩阵
• 5.2 含风电场电力系统的算例分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢