大型风电场并网暂态稳定性研究

论文摘要

大型风电场集中并入薄弱电网改变了电网原来的潮流分布、电压水平和系统惯量等,给电网稳定性造成较大影响。随着风电并网容量的增加,含有风电场的电力系统大扰动稳定分析逐渐成为风电并网研究的热点之一。本文以内蒙电网调度通信中心《大型风电场短路试验》项目为依托,系统地研究了大规模风电对电力系统功角稳定性与电压稳定性的影响。本文主要工作如下：首先,建立了用于机电暂态仿真的风力机模型；实现了含风电的电力系统潮流计算和机电暂态仿真；验证风机组等值模型的精确性；分析了风速、故障对风电场暂态稳定性的影响。然后,分析了大量风电并入内蒙古电网对电网暂态稳定性的影响。利用“BPA电力系统分析程序”分析风电并网对系统内火电机组功角稳定的影响、对系统电压暂态稳定性的影响、风机低压保护对系统暂态稳定性的影响和风电机组惯性对系统电压暂态稳定性的影响。并验证了内蒙古电网通讯调度中心的科技项目《内蒙古大型风电场短路试验》的可行性和全面性。接着,从电网角度提出风电场低电压穿越能力优化设计的建议。论文从我国国情出发,分析了影响低电压穿越能力的影响因素；给出了低电压穿越特性的设计要点与计算方法,并以内蒙古乌盟地区电网为例给出该区域风电场的低电压穿越能力优化设计方案。最后,研究了利用FACTS装置提高风电场的暂态特性的方法,并对SVC和STATCOM两种补偿方式对含风电电力系统暂态稳定性的改善进行了仿真对比,结果表明采用STATCOM可更好的提高系统的暂态稳定性。论文课题来自生产实践密切关注的问题。这些问题的深入探讨和解决可为风电的并网实践提供若干参考依据,并对我国风电与电网的协调发展起到促进作用。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 世界并网风电的发展现状及展望
• 1.1.2 中国并网风电的发展现状及展望
• 1.2 大量风电并网对电力系统暂态稳定性的影响
• 1.2.1 恒速风机的并网暂态稳定性
• 1.2.2 基于变速风机风场的并网暂态稳定性
• 1.3 风电场低电压穿越能力标准及其实现
• 1.3.1 国外低电压穿越能力设计标准
• 1.3.2 中国低电压穿越能力设计标准
• 1.3.3 变速风机低电压穿越能力实现
• 1.3.4 风电场低电压穿越对风机成本的影响
• 1.4 论文工作的主要内容
• 2 并网风力发电系统模型
• 2.1 风力机模型
• 2.1.1 风速模型
• 2.1.2 风功率模型
• 2.1.3 传动部分模型
• 2.1.4 异步发电机模型
• 2.1.5 桨距角控制系统模型
• 2.1.6 保护系统和继电器
• 2.2 同步发电机
• 2.3 含风电场的电力系统潮流计算
• 2.4 风机组的动态等值方法
• 2.4.1 动态等值基本概念
• 2.4.2 风机组等值基本假设
• 2.4.3 异步发电机等值方法
• 2.5 算例仿真
• 2.5.1 仿真系统描述
• 2.5.2 风电场暂态过程仿真
• 2.6 本章小结
• 3 内蒙古大型风场短路试验方案设计
• 3.1 内蒙古电网概况
• 3.2 短路试验方案设计的原则
• 3.3 试验地点的选择
• 3.3.1 试验地区的选择
• 3.3.2 试验地区电网概况
• 3.3.3 试验风场的选择
• 3.3.4 试验风场概况
• 3.4 试验工况的选择
• 3.4.1 电网运行工况
• 3.4.2 风电场工况
• 3.5 本章小结
• 4 大型风电场并网对系统暂态稳定性的影响
• 4.1 对系统内火电机组功角稳定性的影响
• 4.2 对系统电压暂态稳定性的影响
• 4.3 风机低压保护对系统暂态稳定性的影响
• 4.4 风电机组惯性对系统电压暂态稳定性的影响
• 4.5 本章小结
• 5 风电场低电压穿越能力优化设计
• 5.1 低电压穿越能力设计影响因素
• 5.2 低电压穿越能力设计要点
• 5.2.1 最低电压水平持续时间
• 5.2.2 故障恢复时间的确定
• 5.2.3 电压最低值
• 5.3 仿真故障点与故障形式的选择
• 5.4 低电压穿越能力优化设计流程
• 5.5 内蒙古乌盟地区风电场低电压穿越能力优化设计
• 5.5.1 风电场低电压穿越优化设计仿真方案
• 5.5.2 仿真结果分析
• 5.5.3 地区风场低电压穿越特性设计
• 5.6 本章小结
• 6 利用FACTS装置提高含风电电网的暂态稳定性
• 6.1 静止无功补偿器（SVC）的数学模型
• 6.2 静止无功发生器（STATCOM）的数学模型
• 6.3 SVC和STATCOM对含风电的电力系统暂态稳定性的影响
• 6.3.1 仿真系统描述
• 6.3.2 仿真结果分析
• 6.4 本章小结
• 7 总结
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集