發(fā)布時間：2020-03-29 16:15

【摘要】：近年來,我國和世界其它國家的風電裝機容量持續(xù)高速增長。與傳統(tǒng)同步機暫態(tài)特性顯著不同的風機大規(guī)模接入電力系統(tǒng)帶來了包括系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定在內(nèi)的諸多穩(wěn)定挑戰(zhàn),特別是在我國甘肅等地區(qū),由于風資源與負荷的逆向分布,風電大多需要經(jīng)長聯(lián)絡線外送到遠方的負荷中心,導致外送通道的長聯(lián)絡線長期重載運行,系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定的挑戰(zhàn)較為嚴峻。與傳統(tǒng)同步機的機電暫態(tài)特性特別是有功特性主要由相關機電結(jié)構(gòu)主導、受相關暫態(tài)控制的影響較小不同,風機機電暫態(tài)特性包括有功特性主要由相關暫態(tài)控制主導、受相關機電結(jié)構(gòu)的影響較小,因此,與同步機暫態(tài)行為特別是暫態(tài)有功行為的優(yōu)化空間較為有限不同,風機暫態(tài)行為特別是暫態(tài)有功行為可以在更大的范圍、以更靈活的方式得到優(yōu)化,進而提高含風電電力系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定。然而,目前風機暫態(tài)控制優(yōu)化的相關研究一方面主要關注風機暫態(tài)無功行為的優(yōu)化,在參考同步機暫態(tài)無功優(yōu)化控制如強勵等的相關理論分析結(jié)果和優(yōu)化經(jīng)驗的基礎上,提出了不同形式的風機暫態(tài)無功強增優(yōu)化控制,而對風機暫態(tài)有功行為的優(yōu)化關注較少;另一方面,少數(shù)的風機暫態(tài)有功優(yōu)化研究也缺乏較全面深入的理論分析,優(yōu)化控制的設計大多缺乏充足的理論支撐。論文為了應對目前與傳統(tǒng)同步機暫態(tài)特性顯著不同的風機大規(guī)模接入電力系統(tǒng)帶來的系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定挑戰(zhàn),將開展風機機電暫態(tài)特性建模分析和控制優(yōu)化的相關研究工作,在對含風電電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定的三個參與主體即風機、同步機和電力網(wǎng)絡理論分析的基礎上,針對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定挑戰(zhàn)較為嚴峻的風電遠距離外送場景,運用論文相關理論分析結(jié)果,優(yōu)化風機暫態(tài)行為特別是有功行為的相關暫態(tài)控制,提高系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性。論文主要研究內(nèi)容總結(jié)如下:(1)分析了鎖相環(huán)對風機機電暫態(tài)特性的影響機理,建立了考慮鎖相環(huán)影響的風機機電暫態(tài)時域模型。論文分析指出,鎖相環(huán)主要通過影響風機dq旋轉(zhuǎn)坐標系與外部電網(wǎng)定向電壓矢量之間的相位關系來影響風機的機電暫態(tài)特性,忽略鎖相環(huán)可能導致風機模型的有功和無功電流響應在機電時間尺度上發(fā)生較大的偏差;論文進而建立了考慮鎖相環(huán)影響的風機機電暫態(tài)時域模型;(2)建立了基于幅相運動方程的風機機電暫態(tài)物理模型,分析了風機機電暫態(tài)特性的基本物理特征并指出了不足與優(yōu)化方向。論文基于電力系統(tǒng)幅相運動方程建模方法,建立了現(xiàn)有典型風機的機電暫態(tài)物理模型;論文通過對該物理模型的分析,得出了現(xiàn)有風機在系統(tǒng)暫態(tài)期間主要響應系統(tǒng)電壓幅值動態(tài)、幾乎不響應系統(tǒng)電壓相位動態(tài)的基本物理特征,進而指出了現(xiàn)有風機不積極響應系統(tǒng)電壓相位動態(tài)對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定的不利影響,并提出了強化對系統(tǒng)電壓相位動態(tài)響應的優(yōu)化方向;(3)提出了單同步機無窮大系統(tǒng)同步機搖擺過程的新優(yōu)化機理。論文基于提出的同步機每個搖擺周期四個階段的分段方法,開展了同步機搖擺過程的定量和定性分析,進而提出了同步機搖擺過程的新優(yōu)化機理,即單同步機無窮大系統(tǒng)同步機搖擺過程相關的穩(wěn)定問題,包括功角單調(diào)失穩(wěn)及振蕩失穩(wěn),均可以通過適當?shù)亟档屯綑C在每個搖擺周期第1和第3階段轉(zhuǎn)子加速度的模值、最大化地增加第2和第4階段轉(zhuǎn)子加速度的模值得到改善;(4)分析了簡單含風電電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中網(wǎng)絡特性的影響規(guī)律。論文針對兩同步機單風機鏈式連接的簡單系統(tǒng),一方面量化分析了電網(wǎng)強度、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、故障位置和系統(tǒng)潮流等網(wǎng)絡特性變化是如何影響風機對同步機的作用強度/影響能力,歸納了相關影響規(guī)律;另一方面量化分析了不同位置處網(wǎng)絡電頻率的暫態(tài)特性,指出與穩(wěn)態(tài)期間任意位置處的網(wǎng)絡電頻率均能有效表征系統(tǒng)同步機的轉(zhuǎn)速狀態(tài)不同,暫態(tài)期間只有靠近同步機位置處的網(wǎng)絡電頻率才能有效表征(鄰近)同步機的轉(zhuǎn)速狀態(tài);(5)設計了提高風電遠距離外送場景系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性的風機有功電流暫態(tài)優(yōu)化控制。論文綜合運用前文對風機、同步機和電力網(wǎng)絡的理論分析結(jié)果,針對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定挑戰(zhàn)較為嚴峻的風電遠距離外送場景,設計了具體的風機有功電流暫態(tài)優(yōu)化控制,并作了較充分的仿真驗證。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM614

【參考文獻】

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本文編號：2606211