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《华北电力大学》 2015年
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风电场群电压安全性分析与评估研究

葛江北  
【摘要】:目前,风力发电是除水电外最成熟、经济效益最好的一种可再生能源发电方式。大规模集团式开发、远距离外送是我国主要的风电开发方式。目前我国已规划建立八个千万千瓦级别的风电基地。从目前已建成的风电基地运行情况来看,风电基地容量较大,外送和消纳问题非常严峻。电网结构相对薄弱,尤其在风电大发的情况下,电网的安全稳定方面有较大的压力。而风电受制于外界的风速条件,具有随机性、波动性和间歇性等特征,大规模风电的接入使得原来由可控可调度的同步电源组成的电力系统转变为随机—确定性耦合的电力系统。在这种随机—确定性耦合的电力系统中,方面大型的风电场群由大量的风电机组组成,在空间上占据了很大面积,使得大型风电场群往往表现出独特的时空分布特性。大型风电场群独特的内部结构使得其与系统之间耦合、交互机理复杂;另一方面,风电场出力随风速变化而变化,表现出很强的随机性和波动性。这些特征在大规模风电机组的连锁脱网事故中表现得极为明显。而从大规模风电机组连锁脱网事故可以看出,在这样一个随机—确定性耦合的电力系统中,其安全稳定性与常规电力系统出现了较大差异。常规电力系统中,电压稳定往往伴随功角稳定同时出现,二者甚至经常难以区分。而对于风电机组,由于其可以实现变速运行,因此,不再有传统意义上的“功角稳定”,更多的表现为电压稳定和频率稳定,尤其是电压稳定,成为风电机组连锁脱网事故中的主导因素。因此,开展大规模风电场群及系统的电压稳定性研究具有重要的理论和实际意义。基于此,本文着重针对风电场群的电压安全,结合我国近几年来发生的几起大规模风电机组连锁脱网事故,从静态电压稳定性和动态电压稳定性两个方面,对风电场群的电压安全性进行分析和评估,并提出相应的改善措施。具体研究内容包括:1)建立基于突变理论的风电场群静态电压稳定模型,并进行稳定性评估和电压预估。针对风电场群的静态电压稳定问题,分析了风电场群静态电压变化的突变指征,表明突变理论对分析风电场群静态电压变化的适用性;考虑风电场群之间存在的相互耦合作用,基于实测轨迹,采用突变理论建立了风电场群的静态电压模型,这本质上提供了一种外特性的建模方法。因此,计算简捷、实用性好;基于所建立的模型,进行风电场群的静态电压稳定性评估和电压预估;仿真算例验证了所建模型和方法的有效性和适用性。为风电场群的静态电压安全分析提供了一种新的思路。2)从动态电压角度出发,建立了风电场群的动态电压等值模型。传统的风电场等值模型多考虑风电场总体有功、无功出力变化的精确模拟,缺乏从动态电压角度进行风电场群等值模型的研究。基于此,分析了风电机组的动态电压变化过程;考虑风速的随机性和等值的模糊性,提出了基于云模型的风电机群聚类方法;进行风电机群及集电系统的等值;最后搭建仿真案例,结果表明所建等值模型能够很好地反映风电机组的连锁脱网动态过程。为进一步分析含大型风电场的电力系统动态稳定提供模型支持。3)对风电场群的动态电压安全性进行评估。目前的风电场电压评估多集中于静态电压稳定性的评估,缺乏从动态电压角度对风电场群的电压安全性进行评估。基于此,针对风电场的动态电压安全,结合风电机组的连锁脱网事故,提炼了用于风电场评估的指标体系;同时考虑评估的模糊性,采用区间层次分析法(IAHP)完成风电场动态电压安全性的评估;依据评估结果分析指标的灵敏度,并提出改善风电场动态电压安全性的方法。为风电场的规划和运行提供参考。4)提出了协调风机和SVC的风电场群电压无功紧急控制策略。目前的风电场电压无功控制策略针对的多为单风电场在风速波动情况下电网接入点的电压波动问题,较少涉及故障下风电场群紧急控制策略的研究。基于此,主要针对电网可能出现的大扰动,尤其是大规模的风电机组连锁脱网事故,分析了风电场内各种无功补偿设备的控制特性;基于风电场连锁脱网事故所表现出的独特的时空特性,提出风电场群的电压无功紧急控制策略;仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好的抑制大规模风电机组连锁脱网事故。为大规模风电场群的电压控制提供方法支持。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM614

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