含风电和直流的电网紧急频率控制研究

发布时间：2020-08-27 19:40

【摘要】：现代电力系统中,风力发电装机容量的不断增加和高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)输电技术的快速发展,在带来巨大效益的同时也给电网带来了一些安全稳定性问题,如大规模风机跳闸,HVDC闭锁等,这些都对电网紧急频率控制提出了新的挑战。同时,在当前电力系统中,可参加紧急控制的资源(紧急频率控制资源)也逐渐多样化,如传统发电机组、风电、HVDC等,但是它们的性能、价格等差异明显。因此,为了提升电网紧急频率控制性能,研究上述资源的协调控制问题显得尤为重要。本文主要的研究内容及成果如下:1、基于电力系统仿真软件DIg SILENT/Power Factory搭建了典型的风电经HVDC外送的两区域仿真系统。分析并推导了火电机组、双馈感应风机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)以及HVDC的基本结构和数学模型,并运用DIg SILENT/Power Factory软件搭建了三者的仿真模型。基于所搭建的仿真系统,研究了火电机组、DFIG以及HVDC对系统频率的控制特性。2、分析研究了不同紧急频率控制资源的动作速度对系统频率的影响。针对直流紧急功率支援、快关汽门以及切机等紧急控制措施,分析研究了每种控制措施的基本原理及其控制模型。基于所推导的电力系统频率响应模型以及资源的有功动作速度模型,分析研究了不同紧急控制措施对系统频率的控制效果。研究表明:动作速度越快的紧急控制措施,越能有效地减缓系统频率上升速率,降低频率峰值。最后,通过仿真验证了上述研究的正确性。3、针对含单类紧急频率控制资源(单种措施)和多类紧急频率控制资源(多种措施)的电网分别提出了紧急频率控制策略。基于所建立的系统有功过剩量模型以及资源等效有功切除量模型,提出了一种计及资源动作速度的单资源紧急控制策略,该策略能够根据系统目标阈值,精确计算资源等效有功切除量,控制系统频率峰值。然后,基于资源的可调容量及其成本,确定了连续资源优先的系统有功分配策略。在此基础上,根据连续资源有功分配策略,提出了计及资源可调量和动作速度的多资源紧急协调控制策略。仿真结果表明,所提出的紧急控制策略能够通过精确计算资源等效有功切除量使得系统频率峰值被控制在目标阈值以下,有效地改善紧急情况下电网频率的动态性能。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM712
【图文】：

操作界面

2.1 DIgSILENT/PowerFactory 软件介绍DIgSILENT/PowerFactory 软件最早是由德国 DIgSILENT GmbH 公司于 1976 年研发的仿真软件。DIgSILENT(DIgitalSImuLationandElectricalNeTworkcalculationprogram即：数字仿真及电网计算程序。该软件是一款带有继承凸显单线图界面的电力系统分析软件包，具有绘图、编辑以及静态和动态计算功能。PowerFactory 是由在电力系统分析和编程领域有多年经验的优秀工程师和程序员设计和开发的。PowerFactory 计算得到的结果的准确性和有效性，已被世界上众多电力系统机构在广泛使用中所认可。DIgSILENT/PowerFactory 的主要目标是实现电力系统及其控制系统的规划及运行优化。通过引入面向对象编程技术和数据库概念，用户可以在数据库中创建详尽的电力系统元件模型。该软件具备 AC/DC 混合系统潮流计算，故障分析，机电、电磁暂态仿真，最优潮流等分析功能。DIgSILENT/PowerFactory 具备丰富的电力电子元件模块，尤其是 DIgSILENT 提供多种风机模型、光伏电池以及储能系统模型等，其被广泛应用于含大规模新能源电力系统的建模以及仿真分析。图 2-1 表示 DIgSILENT/PowerFactor 软件的操作界面。

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东南大学硕士学位论文由图 2-1 可以看出，该软件采用了图像化的建模方式，从元件库中选取所需要的元件放入绘图窗口，并通过线路的连接即实现了元件之间的线路接通。然后，通过双击元件即可对元件的核心参数进行修改设置。虽然 DIgSILENT/PowerFactory 有着丰富的元件库，可以满足大部分的电力系统中元件搭建要求，但是有时需要根据实际系统建立某些特殊的元件或修改元件逻辑功能，而元件库中可能并没有相关模型的存在，此时构建人员需要根据实际功能搭建相应的模型。DIgSILENT/PowerFactory 软件在这一点上充分的体现了它的灵活性。图 2-2 表示DIgSILENT/PowerFactory 自定义某个元件功能的操作过程图。绘图区通过选取一个图像化元件，为了实现元件特殊的功能，先建立一个复合模型（CompositeModel），表示这个元件整体子模块的结构关系，然后通过 DSL（DIgSILENTSimulation Language）语言对相关子模块（Common Model）进行定义，最后需要在数据管理窗口右击通用模型，给模块中的变量设置初始值。

框架图,复合模型,中火,框架

第 2 章基于 DIgSILENT/PowerFactory 的风火直流建模与仿真调速器汽轮机发电机励磁系统 ref ePfE tUrefUmP图 2-7 火电机组元件结构模型图 2-8 表示 DIgSILENT/PowerFactory 软件搭建的火电机组复合模型框架。从以看出，DIgSILENT/PowerFactory 中火电机组的模型框架是基于实际火电机组型搭建的，实现了火电机组的主要功能模块，然后通过定义具体子模块的方式模块的逻辑功能。图 2-9 表示调速器的 DSL 模型，模型主要实现变量之间的数并通过 DSL 语句对状态变量进行初始化操作以及对一些变量设定初始值。

【参考文献】