大规模风电接入对电力系统暂态稳定风险的影响研究

大规模风电接入电网可能影响电网运行状态,造成系统暂态稳定特性改变,量化大规模风电接入对电力系统暂态稳定风险的影响,是保证风电消纳和电网安全的重要课题。在研究系统暂态稳定性分析中的风电模型和电网故障严重程度的基础上,提出一种评估大规模风电接入的电力系统暂态稳定风险评估方法。该方法充分计及风电出力与系统故障状态的随机性,并基于效用理论,以调度员对功角偏差的感知效用为度量指标,建立用非线性效用函数量化故障的严重程度,同时对系统暂态稳定风险指标的计算方法与流程进行了详细研究。将该方法应用于新英格兰39节点系统,对比研究了不同并网容量和并网点对暂态稳定风险的影响,仿真结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

双馈型风电集中接入对暂态功角稳定的影响分析

大规模双馈型风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。以含双馈型风电集中接入的单机无穷大系统为对象,分析了风电对暂态功角稳定的影响。首先根据三相短路故障下具备低电压穿越能力的双馈风电机组暂态特性,得到了其阻抗等效模型。其次,推导了双馈型风电直接接入与等容量替换同步机时的系统同步机功角特性方程,并分析了风电接入比例与传输线电抗对功角特性方程的影响,以及两种风电接入方式对系统加减速面积、不稳定平衡点、稳定裕度的影响特性。然后,利用等面积准则分析了双馈风电接入对暂态功角稳定的影响。研究结果表明,双馈风电直接接入时,同步机暂态功角稳定性降低;等容量替换同步机时,同步机暂态功角稳定性提高。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响（一）：理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。     

含双馈风电场的电力系统停电风险研究

随着风电渗透率的提高,风电场的特性对电力系统的安全运行带来了显著的影响。研究如何在提高环保效益的同时降低连锁故障的风险变得非常迫切。本文提出了一种含风电场的连锁故障模型,该模型计及了风电场结构、风电出力随机性、风电机组虚拟惯量控制和短路故障后的风电机组脱网响应等风电特性,并设置了频率稳定控制、线路过流保护、低压减载,可从有功-频率与无功-电压两方面分析风电接入后对停电风险的影响。该研究将为风电场接入系统的规划和运行提供量化停电风险、预防控制效果的基础分析工具。仿真分析了风电场接入IEEE30节点系统的停电风险并讨论了风机虚拟惯量控制、无功补偿和线路建设对于降低停电风险的效用。     

考虑过渡电阻的风机并网对电力系统稳定性的影响

大规模双馈风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。将双馈风电机组近似等效为恒功率源,基于等面积定则分析了不同故障时段双馈风机等容量替代同步机组时同步机组暂态功角的变化,考虑了不同三相接地故障过渡电阻对同步机组功率特性的影响,据此分析了风电场并网运行时对系统暂态稳定影响的机理。理论分析表明,当过渡电阻值较小时,双馈风机接入增强了系统暂态功角稳定性,当过渡电阻值较大时,可能降低了系统暂态功角稳定性,对风机并网产生不利影响。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提观点的正确性。     

风电场虚拟惯性对互联系统功角暂态稳定影响分析

附加虚拟惯性的风电机组并网后,整个系统的暂态稳定水平因惯性时间常数可控而发生改变。通过对双馈风机并入后的等值两区域系统模型进行数学推导,针对不同运行方式下,分析变速风电机组的虚拟惯性时间常数对互联系统功角暂态稳定水平的影响,分别阐述在功角不同摆动方向下,两端风电机组虚拟惯量与等值两区域系统功角暂态稳定的影响关系。最后,对高风电渗透率的等值两区域互联系统进行仿真分析。为大规模风电场接入后电力系统暂态稳定控制提供方向。     

大规模风电接入对系统功角稳定影响的机理分析

随着风电规模的不断增大,风电接入对系统功角稳定影响机理的研究值得重视。该文基于双馈风电机组在故障期间的等效外特性和单端送电系统的功率特性方程,研究不同风电规模对送端电网和受端电网之间电气距离的影响,以及不同风电规模在不同故障状态下对系统暂态功角稳定性的影响机理。得出了近距离故障和远距离故障下,系统功角特性随着风电装机规模的提高而改善,当风电装机规模达到一定程度后,功角稳定性不再改善反而出现恶化趋势的结论。通过对实际电网进行仿真计算,证明了不同规模的风电接入对系统功角稳定影响结论的正确性。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

基于虚拟同步控制的双馈风电并网系统暂态功角稳定研究综述与展望

随着新能源渗透率增加,电力系统惯量、阻尼逐渐降低,稳定性问题日益凸显。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术作为一种提高新能源发电系统主动支撑电网能力的有效手段而获得广泛关注与应用,VSG并网系统暂态功角稳定问题也成为研究热点。首先介绍了电力系统暂态功角稳定分析方法,然后分析了常规双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)接入对电力系统暂态功角稳定的影响,在此基础上,分析了采用不同技术路线的风电VSG并网系统暂态功角稳定分析的关键问题与研究现状,并对VSG并网系统暂态功角稳定的进一步研究进行了展望。     

风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。     

高风电渗透互联系统的功角暂态稳定分析与惯性综合控制

具备虚拟惯性的变速风电机组接入电网,互联系统的暂态稳定控制将因惯性可控而更加灵活.首先推导含风电的两区域互联电力系统的线性化状态方程,分析风电机组的虚拟惯性作为系统运行可控参数对暂态功角特性的影响机理.其次,针对互联系统两侧区域电网,分别提出基于惯性调节的系统功角暂态稳定控制策略,通过协调两侧子区域惯性,提高系统功角暂态稳定.最后,通过建立高风电渗透下的两区域电网的仿真模型,验证所提控制策略通过灵活调节风电惯性,可显著改善区域互联系统的功角暂态稳定性.     

大规模风电并网对送端系统功角稳定的影响研究

随着我国风电能源的不断发展,大规模风电集中接入电网对送端系统暂态功角稳定的影响问题仍然不容忽视.以双馈型风电集中接入受端大系统为分析对象建立等效模型,并基于双馈风机的功角特性和暂态特性展开分析.首先,采用单端送电系统同步机的电磁功率解析表达式,通过分析风电等出力置换火电出力接入系统对电磁功率方程的影响推断出风电接入对同...     

基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法

高比例风电接入导致系统等效惯量降低,增加了电网引发频率失稳的可能性。为保障日内频率安全稳定运行,同时避免大面积切除风电的不合理操作,提出了基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法。通过引入频率最低点和最大频率变化率约束指标,并考虑日内运行方式变化,分时段求解电网临界惯量及对应的最大风电并网容量。结合电网实际惯量判定小于临界惯量的时段,对这些时段依据最大风电并网容量确定风电切除量,从而在日内各时段消除频率安全隐患。最后通过算例系统证明：所提方法能准确筛查电网日内存在频率安全风险的时段,求解的风功率分时段切除量可有效消除频率安全隐患。     

大规模风电接入对系统功角稳定性影响的研究

针对大规模风电接入送端系统的情况,从理论上提出了一种考虑风电的系统暂态功角稳定分析方法,利用阻抗模型简化风机,将正常故障下风机有功、无功信息揉入系统导纳矩阵中,进一步量化分析风电接入后系统同步机转子运动变化,表明替换工况下风电接入后对等值系统同步机机械功率、电磁功率都有影响。最后通过多机小系统理论计算和仿真验证,得出在送端风电比例增加过程中,前期暂态加速面积变化为主导,后期减速面积为主导,从而影响系统功角稳定特性。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于等值频率响应模型的海上油田群电网风电穿透功率极限分析方法

提出了一种基于等值频率响应模型的海上油田群电网风电穿透功率极限分析方法。首先,构建了海上油田群电网的平均系统频率响应(ASFR)等值模型,基于单、分轴燃机确定电网原动机-调速器参数,根据t location-scale分布和差分变换方法刻画风电出力波动概率分布;然后,基于电网可承受的最大风电波动对应累积概率指标和最严重故障后电网最大频率变化指标,提出了考虑稳态频率偏差约束和暂态频率稳定约束的风电穿透功率极限分析方法;最后,以某实际海上油田群电网为例验证了所提方法的准确性与有效性,结果表明,原动机-调速器响应速度和暂态频率稳定约束对于海上油田群电网的风电穿透功率极限具有关键影响。     

基于历史数据聚类分析的暂态功角稳定故障筛选

大电网中有上千个暂态稳定故障,若对每个故障分别进行暂态评估,难以满足在线评估对时间的要求。为了满足电网在线暂态安全稳定评估快速性的要求,提出了一种基于电网运行历史数据聚类分析的暂态功角稳定故障筛选方法。基于历史数据中的电网运行方式和暂态功角稳定评估结果,提取关键特征量,通过计及稳定模式的矢量量化方法确定聚类数和初始聚类中心,采用K中心点算法对聚类中心进行优化。针对分类后暂态功角稳定的考察故障快速估算其暂态功角裕度,最后得到包含暂态功角失稳和估算裕度低于门槛值的故障组成的用于暂态稳定分析计算的严重故障集。通过对实际省级电网运行历史数据的聚类分析,验证了所述方法的有效性和实用性。     

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明：所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。     

双馈风机参与系统调频对系统暂态功角稳定性的影响分析

以含双馈风力发电机(Double-Fed Induction Generator,DFIG)的扩展双机系统为研究对象,研究DFIG参与系统调频对系统暂态功角稳定性的影响。将含DFIG的两机系统等值为含DFIG的单机无穷大系统,计及风电比例、风机并网位置、故障位置、负荷接入位置等四种影响因素。运用等面积法则对风机参与系统调频前后两种情况下系统的极限切除角进行理论计算,其中DFIG采用受控电流源等效模型。在PSD-BPA中搭建含DFIG的扩展双机系统的仿真模型,来验证理论分析的正确性。结果表明,DFIG参与系统调频有利于系统的暂态功角稳定性。