含大规模风电的区域电网安全稳定性RTDS仿真研究

发布时间：2017-09-15 22:24

  本文关键词：含大规模风电的区域电网安全稳定性RTDS仿真研究

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【摘要】：随着电力系统新能源技术的发展,风力发电在电力系统中所占比例越来越高,中国有越来越多的大规模风电场并入电力网络中,并且并网规模还在进一步提高。大量风电并网对电力系统的安全稳定运行带来了挑战,其影响也越来越广泛和复杂,开展风电并网带来的一系列技术问题的相关研究非常重要和迫切。本文基于海南电网的现状及发展规划数据,对含风力发电机组的电力系统进行详细地电磁暂态建模,通过仿真分析的方法研究其相互影响特性,深入分析了规模化风电接入对海南电网安全稳定运行所造成的影响,提出了相应的建议和控制措施。本文首先分析了区域范围新能源风能源特性及其集群协同效应,对新能源在不同地理空间和时间尺度的分布特性及变化特征对发电特性的影响进行研究,同时分析了永磁直驱风力发电系统和双馈风力发电系统的系统结构、数学模型以及控制策略,通过暂态特性仿真、运行实时仿真,验证了该模型的有效性。分析了同步发电机的运行特点,针对大规模非线性电网可辨识性特征提取了适用于同步电机分群的特征量。依据数据挖掘中的模糊均值聚类算法对提取的特征量进行聚类分析,为了克服传统聚类算法基于梯度下降的收索方式且容易陷入局部最优的缺点,提出了使用粒子群优化的模糊均值聚类算法,进而对系统中的发电机进行动态等值。提出了适应大系统响应的风力发电系统RTDS等值建模方案,选取海南电网作为风电新能源接入示范电网,建立了含四级电压等级的海南电网主网模型。最后基于文中所建立的仿真系统进行了一系列的仿真研究,采用RTDS实时数字仿真技术分析了双馈异步风机对系统暂态电压的支撑规律,通过调整风电渗透率,仿真分析了高渗透率下电网暂态电压特性,对比分析了不同渗透率下系统暂态电压特性。利用RTDS与安全稳定控制装置的闭环连接的优势,研究了系统在受到大扰动后以及极端情况下电力系统的安全稳定情况与安全稳定控制装置的出口动作情况,验证了装置动作的正确性、控制策略的合理性与适用性。
【关键词】：双馈发电机 风电场 动态等值 安全稳定 实时数字仿真
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TM712;TM743
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 含风电并网系统稳定性研究现状12-14
• 1.2.1 含风电并网系统电压稳定性12-13
• 1.2.2 含风电并网系统功角稳定性13-14
• 1.2.3 含风电区域电网仿真技术研究现状14
• 1.3 海南电网运行情况分析14-16
• 1.3.1 海南电网概述14-15
• 1.3.2 海南电网存在的安全稳定问题15-16
• 1.4 本文主要工作16-17
• 第二章 含大规模风电电网复杂性及风机模型研究17-35
• 2.1 区域范围风能特性及集群协同效应17-21
• 2.1.1 风能出力波动特征17-18
• 2.1.2 间歇性能源风电的集群效应18-19
• 2.1.3 风力机数学模型19-21
• 2.2 双馈风电机组动态数学模型及控制策略21-28
• 2.2.1 传动系统数学模型21
• 2.2.2 双馈风力发电机数学模型21-22
• 2.2.3 网侧变流器及其控制系统模型22
• 2.2.4 转子侧变流器及其控制系统模型22-23
• 2.2.5 浆距角控制策略及Crowbar保护控制23-24
• 2.2.6 双馈风电机组RTDS仿真验证24-28
• 2.3 永磁直驱风电机组动态数学模型及控制策略28-34
• 2.3.1 永磁同步发电机数学模型28
• 2.3.2 机侧变流器控制RTDS设计28-29
• 2.3.3 网侧变流器控制RTDS设计29-30
• 2.3.4 永磁直驱同步发电系统RTDS模型30-31
• 2.3.5 永磁直驱风机RTDS仿真验证31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 含大规模风电电网RTDS等值建模研究35-49
• 3.1 大规模电力系统动态等值特征量提取35-38
• 3.1.1 基于小扰动特性的风电机组聚类指标35-36
• 3.1.2 严重故障下风电机组分群指标36-37
• 3.1.3 同调发电机辨识动态信息的提取研究37-38
• 3.2 基于CPSO-FCM的电力系统动态等值研究38-42
• 3.2.1 模糊c均值聚类算法（FCM）38
• 3.2.2 粒子群优化算法（PSO）38-39
• 3.2.3 PSO-FCM算法39-41
• 3.2.4 基于PSO-FCM的电力系统同调机群识别41-42
• 3.3 基于聚类算法的风电机组动态等值分析42-45
• 3.3.1 风力发电机多机等效计算方法42-44
• 3.3.2 风电场动态等值RTDS验证44-45
• 3.4 含风电机组区域电网RTDS等值建模仿真验证45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 大容量风电接入对系统暂态电压稳定性的影响49-61
• 4.1 风电接入系统暂态电压稳定49-52
• 4.2 风电接入电网的电压支撑规律研究52-55
• 4.2.1 风机并网后系统暂态电压分析52-53
• 4.2.2 风电接入点的电压支撑规律53-55
• 4.3 风电接入对系统电压稳定性影响的RTDS仿真分析55-60
• 4.3.1 传统机组减出力对暂态电压影响55-58
• 4.3.2 传统机组关停机对暂态电压影响58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 区域电网安全稳定控制RTDS实时数字仿真研究61-71
• 5.1 试验内容与试验系统61-62
• 5.2 电力系统安全稳定性机理与策略62-64
• 5.2.1 多机群电力系统暂态稳定机理62-63
• 5.2.2 安全稳定控制策略分析63-64
• 5.3 区域电网安全稳定控制RTDS仿真研究64-69
• 5.3.1 线路过载策略RTDS仿真65
• 5.3.2 系统暂态功角失稳RTDS仿真65-68
• 5.3.3 多重故障运行方式下安全稳定RTDS仿真68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果77-78
• 致谢78-79
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见79

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