风电接入对电力系统振荡影响的研究

发布时间：2020-05-27 00:37

【摘要】：本文研究风电接入引发电力系统低频功率振荡和次同步振荡的作用机理。并网风机会通过两个方面引发电力系统振荡:一是改变系统原有潮流分布,二是与系统发生动态交互。本文主要针对后者展开研究,即风机与电力系统动态交互引发系统振荡的内在机理。为深入研究此问题,首先,在电力系统各元件线性化模型的基础上,建立了以风机或锁相环为“反馈子系统”,电力系统其余部分为“前馈子系统”的闭环互联模型,从而将子系统间动态交互对电力系统振荡模式的影响用开、闭环系统的模式差异描述。然后,基于该模型,分别研究了风机或锁相环与电力系统弱交互和强交互情况下,动态交互对系统振荡模式的影响。本文的主要工作如下:(1)研究了双馈风机与电力系统动态交互对系统低频振荡模式的影响,提出了评估影响的两个指标:动态交互指标和无功控制指标。前者可以给出动态交互对系统低频振荡模式影响的大小和方向,后者可以反映出双馈风机转子侧换流器不同无功控制方式(定无功控制和定电压控制)对系统低频振荡模式影响的差异。(2)普遍观点认为风机与电力系统间的动态交互为弱交互,几乎不会对系统低频振荡产生影响。然而,有文献通过仿真发现,特定情况下风机会与系统产生强交互,从而降低系统低频振荡模式阻尼。本文深入探讨了这种强交互的产生机理,提出了风机或锁相环与电力系统发生强交互的模式条件——开环模式谐振。研究发现,当风机或锁相环的开环模式和电力系统开环低频振荡模式在复平面上接近时,其相应的闭环模式会分布在开环模式的两侧,导致闭环模式和开环模式相比稳定性降低,从而引发系统低频振荡。由于振荡的产生是子系统开环模式相近导致的,因此称引发振荡的模式条件为开环模式谐振。另外,为了评估开环模式谐振对系统稳定性的影响,本文还推导出了开环模式谐振指标。(3)将开环模式谐振理论的应用拓展到电力系统次同步振荡分析中,提出了一种分析含风机接入多机电力系统次同步振荡模式稳定性的方法。该方法不仅可以确定风机与系统间的开环模式谐振是否会引发系统次同步振荡,还能准确定位出引发系统次同步振荡的发电机。
【图文】：

原理图,阻尼转矩,分析法,原理

Ｔ（ｊｃｏ）＝邋Ｋ｛ｊｃｏ）＋邋ｊ＇Ｄ（ｊｃｏ）逦（１－１）逡逑其中，＆（．／？）和Ｄ（？均为实数。根据图１－１和式（１－１），表示Ａ７；中与Ｍ逡逑同相的分Ｍ，故称厂（？为同步转矩系数：表小？逦中々．／Ａ＜５同相的分逡逑量，．／Ａ５又与同步机转子角速度的变化同相。因此，表示Ａ７；中与逡逑Ａ％同相的分量，故称？（＿／？）为阻尼转矩系数。根据阻尼转矩分析理论，当逡逑／）0）＜０时，“反馈通道”向同步机转子提供负阻尼转矩，系统低频振荡模式阻逡逑尼变差；当Ｄ（．／叻＞０时，“反馈通道”向同步机转子提供正阻尼转矩，低频振荡逡逑模式阻尼变好。逡逑图１－２阻尼转矩分析法在多机电力系统中的应片ｊ逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄａｍｐｉｎｇ邋ｔｏｒｑｕｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｉｎ邋ａ邋ｍｕｌｔｉ－ｍａｃｈｉｎｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑文献［３０－３５］将阻尼转矩分析法的应用推广到了多机电力系统。多机系统中，逡逑虽然可以计算出各同步机的阻尼转矩系数，但是无法确定阻尼转矩系数对低频振逡逑荡模式阻尼影响的大小。为此

阻尼转矩,多机电力系统,分析法

ｅ—邋ｒ（ｓ）—逡逑图１－丨阻尼转矩分析法原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ邋ｏｆ邋ｄａｍｐｉｎｇ邋ｔｏｒｑｕｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ逡逑阁ｉ－ｉ中，设电力系统低频振荡的频率为如，，这样，在频域内传递函数ｒ（？逡逑可以分解为：逡逑Ｔ（ｊｃｏ）＝邋Ｋ｛ｊｃｏ）＋邋ｊ＇Ｄ（ｊｃｏ）逦（１－１）逡逑其中，＆（．／？）和Ｄ（？均为实数。根据图１－１和式（１－１），表示Ａ７；中与Ｍ逡逑同相的分Ｍ，故称厂（？为同步转矩系数：表小？逦中々．／Ａ＜５同相的分逡逑量，．／Ａ５又与同步机转子角速度的变化同相。因此，表示Ａ７；中与逡逑Ａ％同相的分量，故称？（＿／？）为阻尼转矩系数。根据阻尼转矩分析理论，当逡逑／）0）＜０时，“反馈通道”向同步机转子提供负阻尼转矩，系统低频振荡模式阻逡逑尼变差；当Ｄ（．／叻＞０时，“反馈通道”向同步机转子提供正阻尼转矩，低频振荡逡逑模式阻尼变好。逡逑图１－２阻尼转矩分析法在多机电力系统中的应片ｊ逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄａｍｐｉｎｇ邋ｔｏｒｑｕｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｉｎ邋ａ邋ｍｕｌｔｉ－ｍａｃｈｉｎｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑文献［３０－３５］将阻尼转矩分析法的应用推广到了多机电力系统。多机系统中
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM712;TM614

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