电力电子接口新能源并网的暂态电压稳定机理研究

为掌握大规模风电、光伏等新能源并网给电力系统稳定性带来的影响,对采用电力电子接口的新能源发电接入系统的暂态电压稳定机理进行了研究。首先对机电暂态过程中新能源发电进行简化建模。采用电力电子变换器的风电、光伏等电源功率控制快速灵活,在机电暂态过程中可以忽略功率调节的快动态,其特性简化为功率平衡代数方程,系统动态方程为微分代数方程。基于微分代数系统稳定性研究了新能源并网的暂态电压稳定机理,暂态过程中轨迹可能遇到微分代数方程的奇异点,对应系统发生暂态电压失稳,此时新能源发电对应的功率平衡方程无解。通过仿真验证了该机理,并在风火打捆送出系统中揭示了系统失稳模式的变化,风电功率增加时,系统失稳模式由同步机主导的功角失稳变为风电主导的电压失稳。     

结合DFIG功率特性研究风电并网对系统功角稳定性的影响

大容量风电并网条件下的系统功角稳定特性对于新能源送出与消纳具有重要意义。基于双馈风力发电机组的运行与控制原理分析了其出力特性,指出双馈机组在暂态稳定分析中可近似看做恒功率源;结合实测曲线,说明恒功率源模型较实际情况更具保守性。以并列运行同步机组故障清除后输出电磁功率为指标,研究送端电网风火互替对于系统功角稳定水平的影响,提出双馈风电等量替代同步电源将改善功角稳定水平,并从系统能量平衡角度进一步探讨了其内在原理与适用范围。最后,通过单机?无穷大系统、两机系统和哈密风火打捆送出系统算例仿真验证了上述结论。     

风火打捆直流外送系统中极限风电渗透率的计算方法

为在规划时有效评估风火打捆高压直流外送系统的电压稳定性并确定满足电压稳定要求的风电渗透率上限,推导了计及能源基地风火电占比以及本地负荷占比影响的风火打捆直流外送系统的短路比指标。首先,利用PSCAD/EMTDC软件搭建了风火打捆直流孤岛外送系统的电磁暂态仿真模型,通过设置换流母线短路故障,验证了风火孤岛直流外送系统短路比计算公式的正确性。然后,分别设置不同的本地负荷比例、风电渗透率、故障类型以及故障发生位置等情况进行仿真,确定了故障扰动情况下风火孤岛直流外送系统电压失稳所对应的临界短路比。最后,总结提出了适用于远景规划的计算风火打捆孤岛直流外送系统的极限风电渗透率的简易实用的方法。     

一种解析的暂态能量裕度灵敏度及其应用

暂态稳定裕度对发电机出力的灵敏度在暂态稳定预防控制中具有重要应用价值。给出了一种解析的暂态能量裕度对发电机出力的灵敏度。采用电力系统结构保留模型,有功负荷采用恒功率模型,无功负荷采用恒阻抗模型,推导得到了暂态能量裕度对发电机出力灵敏度的解析表达式。推导过程中的主要假设条件是所采用的结构保留模型以及故障过程中发电机输出电磁功率不变的假设,无其他近似。得到的灵敏度公式便于计算,可应用于电力系统详细模型。灵敏度的大小可用于指导暂态稳定预防控制。仿真结果验证了灵敏度的准确性及其应用于暂态稳定预防控制的有效性。     

风火打捆送出系统稳定特性研究和运行策略优化

为解决粤西海上风电集群与火电打捆送出的同步稳定问题,首先研究了风火打捆送出系统的同步稳定特性和影响因素,然后提出了提高风火打捆送出系统风电渗透率和同步稳定特性好的风电机组优先发电的运行方式优化策略。最后构建了风电场集群整体硬件在环接入的实时仿真系统进行验证,仿真结果表明所提出的同步稳定性提升策略可以提高风火打捆送出系统稳定极限,有力提升了风电并网消纳率和电网安全稳定水平。     

基于暂态能量裕度灵敏度计及暂态稳定约束的优化潮流计算

提出了一种基于暂态能量裕度灵敏度的含有暂态稳定约束的优化潮流算法.它用时域仿真法对系统进行暂态稳定分析,提前滤除不失稳故障,并结合混合法计算失稳故障的能量裕度.依据最严重故障的能量裕度与发电机有功出力变化量的近似线性关系及能量裕度对发电机有功出力的灵敏度来调整发电机的有功出力.在计算程序中充分运用变步长搜索策略提高了计算效率,对考虑多个预想故障的含有暂态稳定约束的优化潮流问题具有良好的全局收敛性.最后通过IEEE 30节点系统和IEEE 57节点系统验证了该方法的有效性.     

大规模风电并网对送端系统功角稳定的影响研究

随着我国风电能源的不断发展,大规模风电集中接入电网对送端系统暂态功角稳定的影响问题仍然不容忽视。以双馈型风电集中接入受端大系统为分析对象建立等效模型,并基于双馈风机的功角特性和暂态特性展开分析。首先,采用单端送电系统同步机的电磁功率解析表达式,通过分析风电等出力置换火电出力接入系统对电磁功率方程的影响推断出风电接入对同步机初始功角的影响。其次,通过负负荷接入与风电接入两种接入方式的对比分析了双馈风机在故障发生后有功功率和无功功率特性对同步机电磁功率方程的影响,并基于等面积定则(EAC)分析了双馈风机接入对系统暂态功角稳定性的影响。研究结果表明,风电等出力置换火电出力时同步机初始功角减小,暂态稳定性升高;双馈风机的有功功率和无功功率特性对系统暂态功角稳定性具有正向作用。最后,通过仿真验证了理论的正确性,并在实际电网中得到了验证。     

风火电配置比例对风火打捆系统暂态稳定性的影响

从理论上分析了双馈风电机组和同步电机的暂态稳定性机理;基于同步电机和双馈风电机组动态数学模型,通过仿真分析研究了不同风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响,仿真分析进一步验证了理论分析的结果;得出结论:在风火打捆外送系统中,双馈风电机组对系统暂态稳定性的影响取决于在发生故障时,双馈风电机组对同步电机电磁功率的作用;风火打捆外送时风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响取决于系统发生故障时是否首摆失稳。     

风火打捆交直流混联送端系统暂态稳定性分析

风火打捆通过交直流混联外送电能已成为目前大规模风电基地比较常用的能源输送方式。在这种输送方式中,交直流混联、风电输送功率占总输送功率的比例和风电机组的类型等都会对风火打捆送端系统的暂态稳定性产生影响。在建立风电场模型、控制系统模型和混联输电系统模型的基础上,分析交直流混联对暂态稳定性的影响,研究不同风电机组类型对暂态稳定的影响,研究风电输出功率所占比例的改变对送端暂态稳定的影响。最后,通过分析得出:双馈感应发电机与常规火电机组打捆系统暂态稳定性好于另外两种类型风电机组;且双馈感应发电机在保证原动机出力稳定的情况下增加配比,有利于火电机组的功角稳定性。     

风火打捆比例对直流孤岛系统稳定性影响的研究

风火打捆特高压直流外送是未来开发全球清洁能源资源的重要方式之一,其稳定特性研究值得重视。从跟随风电功率变化的角度提出了风电与火电容量配比方案,然后在考虑风电出力概率的基础上提出了不同的配比方案。通过仿真对比分析研究了两种风火配置比例对送端孤岛系统稳定性的影响。结果表明:风火打捆比例由1:2降低为1:1.5后,送端电源调节能力和等值机械转动惯量有所降低,直流系统发生故障失去部分功率后,系统频率上升幅度和系统功角首摆幅度相应增加,增大了系统失稳的风险。     

基于轨迹灵敏度的风火打捆系统暂态稳定预防控制

提高风火打捆系统暂态稳定性是亟需研究的课题。本文通过理论分析与算例分析相结合,得出风火打捆系统中领先火电机组有功出力与系统极限切除时间近似呈线性关系,在此基础上给出了火电机组出力重新分配的控制方法。最后通过西北电网酒泉地区对本文方法有效性予以验证,此外,算例分析发现本文的控制方法在提高风火打捆系统暂态稳定性的同时又可以降低网损,提高经济性。     

风机有功控制对系统暂态功角第二摆稳定性影响机理

该文着重研究大规模集中并网的双馈风电基地故障后有功控制行为对系统暂态功角第二摆稳定性的影响机理。首先基于静态扩展等面积定则,对双馈感应式风机接入后系统的网络节点电压方程进行改进,构建适用于含风电多机系统暂态功角稳定性定量分析的等值单机无穷大系统模型;利用该模型对双馈风机与两台同步机互联的简化系统进行解析分析,分别给出风电并网系统暂态功角第二摆失稳的充分条件、必要条件,揭示出故障后风机有功出力低会降低第二摆稳定性;进一步分析风电并网系统中功角第二摆稳定性与第一摆稳定性的关系,从整体上揭示风机有功恢复速率变慢会使原本只会出现首摆失稳的系统发生第二摆失稳,并最终导致系统整体稳定性下降;最后对机理分析进行仿真验证。所做研究拓展了当前风电并网后只关注首摆失稳的暂态功角稳定性分析方法,为大规模风电集中并网电力系统暂态稳定控制提供理论指导。     

风电比例对风火打捆外送系统功角暂态稳定性影响

目前风火打捆交直流混联外送系统作为一种新型输电方式,其稳定特性研究值得重视。文中基于扩展等面积准则(EEAC),研究了风电比例对风火打捆交直流混联外送系统的功角暂态稳定性的影响。将风电场机械功率和注入电网功率等值为临界群机械功率的增量,推导出系统功角加速度随风电比例变化时的函数,提出该函数为凸函数时应满足的条件。若余下群相对临界群等值惯量为无穷大时,两者相对功角首摆稳定性随风电比例增加而提高;反之,则随风电比例增加先提高后降低。仿真结果表明了文中分析的正确性。     

暂态能量裕度的解析灵敏度分析

本文首次推导了保留结构模型下暂态能量裕度对发电机有功出力灵敏度的解析表达式,详细地给出了用势能界面法(PEBS)求暂态参量裕度灵敏度的计算方法和计算过程。最后,本文利用暂态能量裕度对发电机出力的灵敏度进行暂态稳定预防控制,以提高系统的暂态稳定性。对两个试验系统的计算结果表明,本文的方法是可行和有效的。     

基于时序运行模拟的风火打捆最优容量配比整定

风火打捆送出是提高风电消纳能力的重要方式,其难点之一在于整定打捆的最优风火容量配比。提出了基于时序运行模拟的风火打捆容量最优配比整定方法。首先,通过气象数据获取规划中风电的全年出力特性。然后,以机组总运行成本最低及清洁能源消纳率最高为目标,建立小时级时序运行模拟模型,采用时序分解及自动回滚技术实现模型的快速求解。此外,针对为期一年的模拟结果,进一步利用暂态稳定约束进行校核与调整,消除潜在的暂稳风险。最后,以广东电网珠西北地区为例,通过对比不同风火配比下的风电消纳能力及运行经济性数据,给出了兼顾环保性、安全性与经济性的风火配比。运行结果可为地区的海上风电规划与建设、电力系统调度提供指导。 关键词：风火打捆;时序运行模拟;配比整定;海上风电;暂态稳定     

故障限流器改善风火打捆系统暂态稳定性研究

风火打捆外送模式解决了风电就地消纳能力不足、单独传输经济性差的问题,但同时风电的并入也给系统暂态稳定性带来了不利影响.在此背景下,基于双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)外特性建立风火打捆系统单端送电功率方程,分析了由于风电并入使同步机组功角特性发生改变,导致暂态稳定性降低.考虑在风火打捆系统并网输电线路上串联故障限流器(fault current limiter,FCL)来提高故障期间功率传输能力,在建立的含故障限流器的风火打捆系统等值电路基础上,分析了电抗型和电阻型两种故障限流器在系统故障期间对功率特性的影响和改善系统暂态稳定性的机理,并比较了应用两种故障限流器的差异.最后进行仿真验证,结果表明在线路上串联故障限流器能够显著改善风火打捆系统的暂态稳定性.     

基于D-PMSG的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性研究

风火打捆直流外送是解决能源丰富基地电力消纳问题和负荷中心能源短缺问题的主要方案。研究风火打捆系统送端风电对火电的影响意义重大。本文通过扩展等面积准则研究了基于直驱永磁风力发电机(D-PMSG)的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性。当风火打捆系统中D-PMSG输入的功率由受扰严重群减机械功率来平衡的情况下,系统遭受大扰动时,其功角暂态稳定性比纯火电系统的好,且输电方式为直流线路时的功角暂态稳定性比交流输电方式的好。仿真结果与理论分析结果一致,由此可知,由D-PMSG构成的风电场与附近火电厂打捆,经直流线路外送的方案可以提高系统的功角暂态稳定性。     

限流式SSSC提高DFIG型风火打捆系统暂态稳定分析

为降低风电并入对风火打捆系统暂态稳定的不利影响,提出将电阻型限流式静止同步串联补偿器SSSC(static synchronous series compensator)串联到风火打捆系统的联络线上,以提高风火打捆系统的暂态稳定性.通过借助双馈风电机组DFIG(doubly-fed induction generator)等值外特性参数来构造风火打捆系统暂态稳定数学模型,建立相应功率特性方程.在分析电阻型限流式SSSC工作原理的基础上,建立不同运行状态下含电阻型限流式SSSC的风火打捆系统功率特性方程,并借助功角特性曲线对系统进行暂态稳定的机理研究,最后进行仿真验证.结果表明,限流式SSSC有效地提高了风火打捆系统的暂态稳定性.     

风火打捆交直流外送系统功角暂态稳定研究

风火打捆交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握风火打捆交直流外送系统的稳定特性及其机理。文章分析了不同风电比例和不同直流控制方式下系统的暂态功角稳定特性,探讨了风电、火电和直流系统间的交互作用,并基于扩展等面积(extended equal-area criterion,EEAC)理论分析了送受端机组惯量对系统功角暂态稳定性的影响机理。结果表明：在受端电网为无穷大系统的场景下,系统暂态功角稳定性随风电比例增加而改善;在送受端机组惯量可比场景下,存在最优风电与火电配置比例,使得系统暂态功角稳定性最好。     

电压控制的DFIG对风火打捆系统暂态稳定性的影响

风火打捆外送是解决风电消纳问题的重要措施,但风火打捆系统联络线潮流重,在发生大扰动时系统失稳风险较大。因此,提高风火打捆系统的暂态稳定性具有重要意义。结合简单风火打捆系统,采用等面积法则分析了DFIG采用定电压控制、定功率因数控制对系统暂态稳定性的影响。DFIG采用定电压控制,在扰动后可以向系统提供较多的无功功率,从而提高发电机电压,增加发电机输出的有功功率,增大减速面积,从而提高系统的暂态稳定性。最后,通过仿真算例分析验证了本文的结论。