隨著能源、環(huán)境問題的日益嚴峻,大力發(fā)展清潔、可再生的新能源已成為世界各國的共識。然而,以風電、光伏為代表的新能源發(fā)電具有間歇性、隨機性,其在電網中滲透率的逐步升高將會對系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行帶來深遠影響。尤其是,零慣量的光伏發(fā)電并網會對系統(tǒng)的低頻振蕩穩(wěn)定性造成影響。本文以大規(guī)模光伏發(fā)電接入多機電力系統(tǒng)為對象,較為全面地研究了大規(guī)模光伏并網對系統(tǒng)低頻振蕩穩(wěn)定性的影響。在此基礎上,提出了光伏發(fā)電參與抑制系統(tǒng)低頻振蕩的廣域阻尼控制方案。主要研究內容如下:1)建立了光伏接入多機電力系統(tǒng)的線性化分析模型。綜合考慮包括光伏陣列、逆變器及其控制模塊在內的并網光伏電站動態(tài)模型,結合同步發(fā)電機、電力網絡的數(shù)學模型,經過詳細坐標變換、線性化變換過程,推導并建立了含光伏電站的多機電力系統(tǒng)狀態(tài)方程及其線性化模型。2)考慮系統(tǒng)轉動慣量改變和轉動慣量保持不變兩種典型光伏并網場景,研究不同并網點及不同滲透率光伏并網對于系統(tǒng)振蕩模式的影響。以四機兩區(qū)域系統(tǒng)為分析算例,對其線性化模型進行模式分析,并結合Prony分析法驗證結果的正確性。通過多場景的分析,得到結論:光伏并網不會產生新的低頻振蕩模式;在上述兩種場景下,光伏并網對系統(tǒng)振蕩模式存在不同程度的影響,與并網點位置、并網容量有關;此外,采用靈敏度分析法驗證了旋轉慣量不變情況下光伏并網對于區(qū)間低頻振蕩模式的影響。最后,通過仿真計算分析了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power system stabilizer,PSS)對于系統(tǒng)振蕩的阻尼作用以及光伏入網輸送距離對系統(tǒng)阻尼特性的影響。3)提出了基于無功調制的光伏廣域阻尼控制器(Wide-area damping controller,WADC)設計方案。與目前的有功調制方案不同,無功調制不需要光伏電站降出力運行。在WADC反饋信號的選擇方面,綜合考慮反饋信號的可控/可觀性、控制代價,提出利用兩步法選擇總體性能最優(yōu)者作為控制器輸入信號。在系統(tǒng)建模方面,利用基于偽隨機信號的相關辨識法得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),避免了復雜電網中精確線性化建模的困難。在控制器設計方面,分別提出了基于極點配置和多目標魯棒控制的控制器設計方法。最后,在DIgSILENT/PowerFactory軟件平臺中搭建含大型光伏電站的四機兩區(qū)域系統(tǒng),仿真結果表明:所設計的附加控制器能夠顯著改善系統(tǒng)區(qū)間模式的阻尼特性。與極點配置法相比,所設計的多目標控制器魯棒性能更好,在不同擾動形式下均具有較好的阻尼效果。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM712
文章目錄
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 選題背景及研究意義
1.2 低頻振蕩概述
1.2.1 低頻振蕩機理
1.2.2 低頻振蕩分析及抑制方法
1.3 國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1 光伏電站建模
1.3.2 光伏并網對低頻振蕩的影響
1.3.3 光伏并網系統(tǒng)的阻尼控制方法
1.4 本文的主要工作
2 大規(guī)模光伏并網系統(tǒng)的線性化建模
2.1 大型光伏電站建模
2.1.1 光伏陣列數(shù)學模型
2.1.2 逆變器及其控制模型
2.1.3 直流電容方程
2.2 同步發(fā)電機建模
2.2.1 同步發(fā)電機數(shù)學模型
2.2.2 自動電壓調節(jié)器（AVR）模型
2.2.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）模型
2.3 大規(guī)模光伏并網系統(tǒng)的線性化建模
2.4 本章小結
3 大規(guī)模光伏并網對低頻振蕩的影響
3.1 特征值分析法
3.2 時域信號擴展Prony分析法
3.3 大規(guī)模光伏并網對系統(tǒng)低頻振蕩的影響
3.3.1 仿真算例
3.3.2 系統(tǒng)旋轉慣量改變
3.3.3 系統(tǒng)旋轉慣量不變
3.3.4 阻尼比對光伏出力的靈敏度計算
3.3.5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）對振蕩模式的影響
3.3.6 光伏電站入網輸送距離對振蕩模式的影響
3.4 本章小結
4 大型光伏電站廣域阻尼控制策略
4.1 光伏電站無功阻尼控制策略
4.2 光伏電站廣域反饋信號選擇方法
4.2.1 相關辨識法
4.2.2 廣域反饋信號選擇方法
4.2.3 時滯對于阻尼控制的影響
4.3 基于極點配置的廣域阻尼控制器設計方法
4.3.1 控制器結構
4.3.2 控制器設計
4.4 基于LMI的多目標魯棒控制器設計方法
4.5 仿真驗證
4.5.1 仿真算例
4.5.2 控制器設計
4.5.3 結果分析
4.6 本章小結
5 總結與展望
致謝
參考文獻
附錄
【參考文獻】
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