含大规模风电的电力系统小干扰概率稳定性分析

发布时间：2017-08-18 18:22

  本文关键词：含大规模风电的电力系统小干扰概率稳定性分析

  更多相关文章： 小干扰概率稳定性分析 三阶多项式正态变换 2m+1点估计法 双馈感应风电机组 风险评价指标

【摘要】：风电受风速特性影响而具有较强的随机性和波动性,随着近年来风电接入电力系统规模的不断扩大,其对电网安全稳定运行的影响也越来越受到人们的关注。目前的诸多研究表明,大规模风电的接入会对电力系统的小干扰稳定性产生很大影响。然而,传统的电力系统小干扰稳定分析方法只能对确定的系统运行状态进行相关分析,无法应对含有大量随机因素的复杂现代电力系统的小干扰稳定分析。因此本文引入概率分析的思想,提出了TPNT-PEM小干扰概率稳定分析方法,在考虑风电场间相关性及风电场输出功率随机性变化的场景下,研究含大规模风电的电力系统小干扰稳定特性。首先,构建含大规模双馈感应风电机组的电力系统仿真分析平台,提出了适用于小干扰稳定分析的双馈感应风电机组动态模型及风电场等值模型。双馈感应风电机组的详细动态模型主要包括风机机械系统模型,风机电气系统模型以及相应的风机控制系统模型。基于建立的单台双馈感应风电机组动态模型,综合考虑所适用的系统场景、分析精度和计算效率,建立了适用于电力系统小干扰稳定分析的风电场等值模型。以16机五区域标准系统为基础,构建了含大规模双馈感应风电机组的电力系统仿真算例,为后续的小干扰稳定分析提供了较为准确、全面和高效的平台基础。其次,采用系统小干扰稳定确定性分析方法,以系统仿真分析平台为研究实例,综合分析大规模风电接入对系统小干扰稳定性带来的影响及其产生机理。以算例系统为基础,多方案综合对比了风电接入位置、风电接入容量、系统潮流变化和系统负荷水平等因素对含大规模风电电力系统的小干扰稳定性影响。针对算例仿真结果,结合实际电力系统运行特点,从振荡机理层面分析了大规模风电对系统小干扰稳定特性产生影响的原因,并且总结归纳了部分现象和规律,为实际电力系统的安全稳定运行提供了重要参考。然后,考虑风电场间相关性及风电场输出功率的随机性,提出并完善了TPNT-PEM电力系统小干扰概率稳定性分析方法。基于三阶多项式正态变换(TPNT)处理多风电场间的相关性,利用2m+1点估计法计算获得系统状态矩阵特征根的概率分布,实现了电力系统小干扰稳定性的概率化描述。引入对非正态分布随机变量更为适用的C型Gram-Charlier级数展开方法,减小计算输出随机变量概率密度函数过程中的误差。基于TPNT-PEM方法对含大规模风电的算例系统进行仿真分析,对比研究了不同风电渗透率、不同风电场间相关系数对系统小干扰概率稳定性的影响。最后,引入振荡失稳危险函数,提出了小干扰概率稳定风险评价指标Irsik,对系统小干扰概率稳定性进行量化评估。通过算例仿真对比,研究了不同风电渗透率、不同风电场间相关系数对系统小干扰失稳风险的影响,证明相对于确定性的小干扰稳定评价指标,本文建立的风险指标Irisk能够更加全面、客观地反映系统振荡模式的稳定特性。
【关键词】：小干扰概率稳定性分析 三阶多项式正态变换 2m+1点估计法 双馈感应风电机组 风险评价指标
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景及意义13-16
• 1.1.1 风力发电发展概况13-15
• 1.1.2 研究目的及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 双馈感应风电机组动态模型研究16-17
• 1.2.2 含风电的电力系统确定性小干扰稳定分析17-19
• 1.2.3 含风电的电力系统小干扰概率稳定性分析19-21
• 1.3 本文主要工作21-23
• 第二章 基于双馈感应风电机组的风电场动态建模23-37
• 2.1 引言23-24
• 2.2 DFIG风电机组机械系统24-29
• 2.2.1 风机气动系统模型25-26
• 2.2.2 轴系传动系统模型26-28
• 2.2.3 桨距角控制系统模型28-29
• 2.3 DFIG风电机组电气系统29-35
• 2.3.1 双馈感应发电机模型29-31
• 2.3.2 PWM变频器及其控制器模型31-33
• 2.3.3 有功-无功解耦控制模型33-34
• 2.3.4 发电机-变频器等效模型34-35
• 2.4 风电场等值模型35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 含大规模风电的电力系统确定性小干扰稳定分析37-54
• 3.1 引言37-39
• 3.2 基于数学模型的平衡点特征根方法39-43
• 3.2.1 系统状态空间线性化39-40
• 3.2.2 小干扰稳定的特征根分析40-42
• 3.2.3 电力系统的振荡分析42-43
• 3.3 大规模风电接入对系统小干扰稳定的影响43-53
• 3.3.1 16机五区域算例系统介绍43
• 3.3.2 不含风电场的系统小干扰稳定分析43-47
• 3.3.3 含风电场的电力系统小干扰稳定分析47-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 基于TPNT-PEM的电力系统小干扰概率稳定性分析54-76
• 4.1 引言54-55
• 4.2 考虑相关性的风电场随机出力模型55-58
• 4.2.1 风电场出力概率分布模型55-56
• 4.2.2 风电场出力相关性模型56-58
• 4.3 TPNT-PEM方法数学基础58-66
• 4.3.1 三阶多项式正态变换(TPNT)58-61
• 4.3.2 2m+1点估计法61-64
• 4.3.3 C型Gram-Charlier级数展开方法64-66
• 4.4 含风电的TPNT-PEM小干扰概率稳定性分析方法66-68
• 4.4.1 输入数据的分析处理66-67
• 4.4.2 TPNP-PEM分析方法67-68
• 4.5 算例分析68-75
• 4.5.1 小干扰概率稳定性分析68-72
• 4.5.2 小干扰概率稳定风险评价指标72-75
• 4.6 本章小结75-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 参考文献78-88
• 附录88-94
• A 16机五区域算例系统88-92
• B 系统振荡模式各状态变量参与因子92-93
• C 双馈感应风电机组参数93-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间的研究成果95-96
• 学位论文评阅及答辩情况表96

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本文编号：696059