基于幅相运动方程的双馈风电机组机电尺度建模与特性分析及对电力系统稳定影响

发布时间：2020-06-08 20:27

【摘要】：随着电力系统中风电渗透率的日益提高,风电机组对电力系统动态过程的影响逐渐显现,系统电力电子化特征凸显,动态稳定问题愈加复杂。为了系统安全稳定运行,电网运行机构根据风电发展的实际情况分阶段修订了风电机组并网导则以要求风电承担相应的责任,当前的风电机组并网导则要求风电机组具有暂态控制,下一代并网导则将要求风电机组具有惯量控制。在高风电渗透率的电力系统中,风电机组在不同控制及参数下的机电尺度动态特性已经逐渐成为影响系统机电动态过程的关键因素。因此,对高风电渗透率下电力系统的机电动态稳定问题进行深入研究具有重要的现实意义与理论价值。目前的研究仍主要依赖数学化和结构化的思路对风电机组进行机电时间尺度建模,这样得到的模型可以很方便地应用于系统稳定问题的数值仿真研究或特征值分析中,但缺乏对风电机组机电尺度动态特性的物理化和一般化抽象,对系统动态过程的机理性认识不足。本文以附加惯量控制和暂态控制的双馈风电机组为研究对象,基于幅相运动方程建模方法对其物理化地建模,深入分析认识了其机电尺度小扰动特性和暂态特性,进而分析了双馈风电机组与同步机的动态相互作用,从而加深了双馈风电机组机电尺度特性对高风电渗透率下电力系统小扰动稳定和暂态稳定影响机理的理解。主要内容分为以下几个方面:(1)区别于目前对装备数学化、结构化的建模方式,引入了物理化、一般化的幅相运动方程建模方法,建立了附加惯量控制和暂态控制的双馈风电机组机电尺度幅相运动方程暂态模型和幅相运动方程小扰动模型。(2)应用双馈风电机组幅相运动方程小扰动模型,提出了从表征有功功率变化激励与内电势相位响应动态关系和无功功率变化激励与内电势幅值响应动态关系的开环传递函数角度分析双馈风电机组机电时间尺度小扰动特性的思路,深入认识了惯量控制、电压控制等因素变化对双馈风电机组惯量特性、阻尼特性和无功功率激励-内电势幅值响应小扰动特性的影响机制。(3)提出了应用双馈风电机组幅相运动方程小扰动模型和自稳性/致稳性概念分析同步机与风电机组动态相互作用的物理化思路,基于伯德图和转矩法从同步机同步功率/阻尼功率变化角度解释了双馈风电机组控制参数变化时其机电时间尺度小扰动特性对同步机低频振荡的影响机理。(4)应用电网浅度故障条件下双馈风电机组的幅相运动方程暂态模型分析了惯量控制下双馈风电机组机电尺度暂态特性及其对系统机电暂态稳定的影响。提出了从时域响应特性角度研究装备暂态特性的思路,即将装备模型看作“灰箱”,通过在输入侧施加大扰动进而观察输出侧的时域响应和内部储能元件状态的时域响应来研究装备的暂态特性。基于对浅度故障时双馈风电机组惯量特性和无功功率激励-内电势幅值响应暂态特性的深入认识,分析了风电机组和同步机在故障期间的相互作用受风电机组暂态特性的影响机制,进而解释了浅度故障时双馈风电机组暂态特性对同步机一摆稳定性的影响规律。(5)应用电网深度故障条件下双馈风电机组的幅相运动方程暂态模型分析了暂态控制下双馈风电机组机电尺度暂态特性及其对系统机电暂态稳定的影响。提出了从惯量特性和无功功率激励-内电势幅值响应暂态特性的一般化角度认识暂态控制下双馈风电机组暂态特性的思路,并分析了风电机组暂态特性对同步机一摆稳定性影响的主导因素受风电机组接入电网电气距离变化的影响规律。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315

【参考文献】