含高渗透率风电的电力系统小干扰概率稳定性研究综述

随着以风电为代表的新能源规模开发利用,传统电力系统的结构特性发生了改变,风电并网对系统的稳定运行及控制带来了新的挑战。从风力发电的基本特性出发,归纳风电并网对系统小干扰概率稳定性研究的最新动向和进展,阐述改善风电并网后电力系统小干扰概率稳定性相关控制措施,最后对该领域的未来发展方向进行讨论,以期为大规模风电并网后对系统小干扰概率稳定性研究提供借鉴。     

一种适合实际风电接入电力系统的小干扰概率稳定分析方法

风电出力的随机性导致风电接入电力系统运行点具有明显的不确定性,也使得确定性小干扰稳定分析方法难以全面分析含风电的电力系统小干扰稳定问题。为此,本文提出了一种实用化的风电接入电力系统小干扰概率稳定分析方法。以BPA为小扰动稳定分析核心程序,通过利用Matlab开发风电出力Monte Carlo采样程序、调用BPA接口程序和结果概率统计分析程序组成的闭环系统实现。用3机9节点系统进行了风电接入容量、接入点及不同的风电消纳方式对系统小干扰概率稳定的影响分析;然后对某省实际电力系统2020年风电规划情况进行了小干扰概率稳定分析,验证了所提方法的有效性和实用性。     

大规模风电接入电力系统的概率小扰动稳定性分析与优化控制

确定性模型的特征值分析方法难以准确评估含大规模风电电力系统的小干扰稳定性,为此提出一种概率小 干扰稳定的分析方法.首先,通过Weibull分布描述风速的不确定性,利用极大似然法并结合实测数据计算Weibull 分布的形状参数及尺度参数.其次,提出基于点估计的小干扰概率稳定分析,利用半不变量法和Cornish-Fisher级数 展开法拟合输出状态变量,获得输出变量的概率分布.最后,以区域振荡模式阻尼比为优化目标,以电力系统频率稳 定为约束,优化风力发电系统的虚拟惯量控制参数,提高含大规模风电的电力系统小干扰稳定性.仿真计算结果表 明,通过对风电机组的虚拟惯量参数优化,可提高含大规模风电的系统阻尼比,有效改善系统的小干扰稳定性,为高 渗透率风电接入电力系统的安全可靠运行提供一定的理论基础.     

多运行方式下含风电场电力系统的小干扰概率稳定性研究

为了考虑系统的多运行方式,采用概率方法对风电场接入对系统小干扰稳定性的影响进行研究。首先采用插入式建模技术(plug-in modeling technique,PMT)建立适合小干扰稳定分析的完整的双馈感应风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)线性化模型;然后进行概率潮流计算,得到系统状态变量的概率描述,形成系统状态矩阵;最后应用概率特征根方法对系统进行求解分析,得到系统小干扰概率稳定性。以2个系统为例对风电场接入后的电力系统小干扰概率稳定性进行仿真分析,结果表明：风电场的加入使机电振荡模态特征值实部的概率分布变得相对分散;系统本地振荡模态稳定概率大幅下降,区间振荡模态稳定概率略有上升;通过加装电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS),可提高系统小干扰概率稳定性。     

大规模风电外送对电力系统小干扰稳定性影响

推导了双馈机组用于小干扰稳定分析的数学模型,包括轴系模型、桨距角控制模型、双馈电机模型、转子侧及网侧变频器控制系统模型等。针对通辽外送型电网大规模风电接入,分析了风电接入后对系统振荡模式及阻尼特性的影响。通过对系统不同运行方式、相同运行方式下不同发电负荷水平以及传输风电和火电的特性对比分析等,系统研究了大规模风电外送对电力系统小干扰稳定的影响。研究表明,大规模风电接入后风电场不同的运行状态及出力水平会对系统的振荡及阻尼特性产生影响;系统不同的运行方式可能会使某些区域内振荡模式出现或消失,但这些模式的阻尼比一般较高,同时也会改变有大机群参与的区域间模式的振荡及阻尼特性。     

电力系统小干扰稳定实时风险评估方法

为实时反映当前电力系统小干扰稳定性状况,建立了小干扰稳定性实时风险评估指标,提出了电力系统小干扰稳定实时风险评估方法。评估模型中,在当前运行状态或者关键线路N-1状态下,利用特征值分析方法,以阻尼比0.05作为阈值判断小干扰稳定性;计及输电线路实时故障率计算关键线路N-1状态下小干扰失稳概率。在小干扰失稳后果评估中,利用参与因子筛选调整节点,以控制代价最小化为目标,依据阻尼比灵敏度,迭代计算调整节点控制量,最终协调所有弱阻尼振荡模式控制量,生成综合优化控制方案,计算控制代价作为后果指标;以华中电网某一时间断面的数据为例,验证了该风险评估方法的有效性。     

风水火打捆外送对系统小干扰稳定性影响研究

由于风电本身具有随机性、间歇性和不可控等特性,风电需要与常规能源水电、火电组合外送.风水火打捆经跨区高压输电线路外送,必然改变系统的阻尼特性、影响系统的小干扰稳定性.为了研究风水火打捆外送对系统小干扰稳定性影响,分别从风电、水电、火电角度分析其各自对系统小干扰稳定性影响;运用PSASP程序对实际电网仿真,通过改变风电、水电、火电在外送中所占比例,研究风水火打捆配比外送对系统小干扰稳定性的影响.分析结果对最大限度的风电外送及电网安全稳定运行具有重要的指导意义.     

基于NEVA的风电并网小干扰稳定研究

以德国西门子公司NEVA程序作为小干扰稳定研究工具,选取某地区七机系统为研究对象,比较分析系统正常运行方式及最大运行方式下,风电接入前后小干扰稳定性的变化.结果表明,在系统最大负荷运行方式下的风电接人,容易引起系统振荡,破坏原系统的小干扰稳定性.通过分析证明,电力系统稳定器(PSS)可以有效改善风电并网的小干扰稳定问题...     

考虑风电接入与负荷不确定性的静态电压稳定性分析

随着风电渗透率不断提高,其对系统电压稳定性的影响已经不容忽略。根据风电特性,计及风电机组由于电压降低进入降功率运行的情况,同时考虑充分利用风电场无功补偿剩余容量,提出了一种考虑风电接入情况下的改进连续潮流算法。为了研究负荷不确定性对系统的影响,使用概率潮流法进行电压稳定性分析。分析过程中,以所提出的改进连续潮流法对含有风电系统的样本进行计算,同时使用模糊C均值聚类算法进行负荷聚类,建立基于负荷聚类的拉丁超立方抽样概率潮流模型。分别在IEEE 14节点系统和IEEE 57节点系统中加入风电进行算例分析。分析结果表明,所提方法分析结果更符合实际情况,而且提高了概率潮流算法的样本利用率。     

不同风电负载率对系统小干扰稳定性的影响

风电机组的运行工况对系统小干扰稳定性有重要影响,而现有的研究成果中,关于风电负载率对系统小干扰稳定性的影响并不多见,因此本文研究了不同风电负载率对系统小干扰稳定性的影响。在建立DFIG数学模型的基础上,分析了DFIG负载率对系统小干扰稳定性的影响机理,并采用PSAT搭建了某实际系统,分别采用特征根分析法和是数值仿真法分析了DFIG负载率对系统小干扰稳定性的影像。通过本文的分析可以得出,当风电场调度指令给定,采用更多DFIG均摊有功功率,会提高系统的小干扰稳定性。     

风机接入对系统阻尼特性影响的研究

大规模风电接入电网后,其运行对系统的小干扰稳定性将产生一定的影响,为研究风电在不同运行工况对系统动稳定性的影响。基于CEPRI9v6系统算例针对风电场的接入进行了小干挠稳定性仿真研究。深入分析了风电机组在典型阵风、渐变风、随机噪声风风速扰动情况下,恒速异步风力发电机组、变速恒频风力发电机组分别接入系统时对系统阻尼特性的影响,并且通过系统仿真算例,验证了分析结果,为大规模风电并网时风电机组选型以及系统稳定分析提供了建设性意见。     

不同风力发电机组同时并网稳定性分析

针对不同类型风电机组并网对电力系统稳定性的影响,提出了一种系统稳定分析方法。以异步风电机组、双馈风电机组和永磁直驱风电机组为例,详细介绍了其动态数学模型。阐述了电力系统稳定性分析的方法,包括基于特征根的小干扰稳定分析和基于动态时域的暂态稳定分析。基于8机24节点系统进行了仿真实验。从特征根分析结果和动态响应曲线可知:异步风电机组并网对系统动态性能的影响较小;而双馈风电机组和永磁直驱风电机组并网对系统动态性能的影响较大,系统趋于不稳定。     

大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

以西北电网酒泉风电系统为算例,分析了不同风电机组类型、不同风电容量、不同并网位置对电力系统小干扰稳定性的影响。仿真结果表明：相比于恒速风力机模型和直驱式同步发电机模型,风电场采用双馈异步发电机模型并网对系统小干扰稳定性的影响较好;随着双馈并网有功出力的增加,系统小干扰稳定性减弱;选择合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。     

高渗透率风电接入对区域电网小信号稳定性的影响

风电接入对区域电网小信号稳定性的影响是清洁能源发电领域需要研究的重要问题,文中研究了提高风电渗透率的方式对系统阻尼比的影响。首先对常用的双馈风电机组七阶小信号模型进行了分析并加以改进,以此为基础对高渗透率风电并网后区域电网的小信号稳定性进行了仿真分析。仿真过程中对火电机组减出力和切机2种提高风电渗透率的方式分别进行了仿真计算,并在减出力方式下计及旋转备用容量的影响。仿真结果表明,在减少火电机组出力来提高风电渗透率的方式下,系统阻尼比并非单调变化,而在切除部分火电机组提高风电渗透率的方式下,系统阻尼比则随渗透率的提高而不断下降。     

双馈风电机组惯量控制对系统小干扰稳定的影响

研究了双馈风电机组加入惯量控制后对系统小干扰稳定的影响。首先,分析了双馈风电机组为系统提供惯性支持的基本原理,讨论了两种惯量控制的方法。然后,分析了这两种控制方法对系统小干扰稳定的可能影响。最后基于仿真,用模式分析法分析了不同控制策略和参数下的惯量控制对系统小干扰稳定的影响特性。分析表明,引入惯量控制对系统的小干扰稳定存在较明显的影响,在设计控制方法和参数时需要考虑小干扰稳定的安全约束。     

互联电力系统联络线功率波动机理及其扰动概率分析

广域测量系统的历史数据中统计的电网每日发生有效扰动次数的突然变化能够反映系统的稳定水平的变化,因此研究并从理论上给出扰动概率和阻尼比的数学关系对分析和评估电网的稳定性具有重要意义。基于此,在分析了计及网络中功率扰动的小干扰计算的基础上,通过分析联络线对扰动的响应,推导得出了联络线功率波动幅值与阻尼比的解析关系。然后,基于扰动服从正态分布的假设给出扰动概率与阻尼比的关系式。最后以10机39节点系统为例进行算例分析,验证了推导得出的联络线振荡幅值解析表达式的正确性和分析了联络线功率扰动概率与阻尼比的关系。研究结果可为广域测量系统历史统计数据的分析及电网稳定性评估提供理论参考。     

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统的小信号稳定分析

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统含有大量电力电子装置,将引发系统稳定性问题.对此,基于水泵水轮机刚性管道模型与两电平变流器的平均值模型,在同步旋转dq0坐标系下,建立了二者交流并网联合运行系统的详细数学模型,采用特征值法进行系统的小信号稳定分析,并基于参与因子分析得到了影响不同振荡模态的相应参数,并进一步根据系统特征根轨迹,研究了不同工况下系统电气参数、控制器锁相环参数以及控制器比例积分参数变化对系统稳定性的影响规律.结果表明,水泵工况快速转速控制方式系统的稳定性受电气侧参数影响更大;可变速抽蓄机组锁相环阻尼比的减小会增大直驱风电机组锁相环阻尼比的稳定域;可变速抽蓄机组功率控制器积分参数与直驱风电机组直流电压控制器积分参数存在耦合.     

感应电动机负荷参数及运行状态对电力系统小干扰稳定性的影响

以EPRI-7节点系统为研究对象,负荷模型采用50%恒阻抗并联50%感应电动机,利用PSASP软件,通过改变感应电动机定转子电抗、电阻、惯性时间常数等参数,分析感应电动机参数变化对电力系统小干扰稳定性的影响,并考虑了感应电动机处于不同运行状态时,系统阻尼比的变化。分析结果表明,感应电动机的转子电阻、定子电抗对电力系统的小干扰稳定性影响比较大;并且感应电动机运行在额定状态附近更有利于系统的小干扰稳定。     

考虑线路多种停运模式的静态电压稳定风险评估

鉴于双回平行输电线路共同模式停运和相关停运对系统电压稳定性影响较大,本文重点建立了双回线多种停运模式重叠的支路等效停运模型,进而计算输电系统状态概率。在输电系统状态概率模型的基础上,提出输电系统静态电压稳定风险评估指标体系及各项指标计算方法,其中通过基于连续潮流的电压稳定性判据及最优切负荷模型,对输电系统电压失稳进行判定及校正控制。最后以华东某地区电网为例进行静态电压稳定风险评估,说明本文所提方法的有效性。     

极弱电网下直驱风电并网变流器小信号建模及稳定性运行策略分析

极弱电网下,直驱风电并网变流器各控制环路动态交互、满功率运行会改变并网点电压,导致不能稳定运行。对此,建立了考虑控制延时环节的全阶状态空间小信号模型,并采用特征值分析方法分析系统稳定性。研究表明系统稳定性随电网强度降低呈非线性变化,存在不连续稳定区间,且控制延时对不同振荡模式的阻尼比影响也呈非线性,部分阻尼比变大,部分阻尼比变小;同时,得到了参与电压、电流和锁相环之间交互作用的主导状态/控制变量,其参与度随电网强度减弱而加剧,进一步分析了各控制器参数对系统稳定性的影响规律,拉开控制带宽,避免频带交叠,将有助于提高系统稳定性;通过对比分析直驱风电系统在定交流电压控制和电压下垂控制下的适用性,发现定交流电压控制更适合极弱电网工况。通过MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。