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基于主导不稳定平衡点法含风电交直流系统的暂态电压稳定性分析

黄昌树  
【摘要】:暂态电压稳定性分析一直是电力系统稳定性研究领域中最重要也是最困难的问题之一。随着新能源技术和高压直流输电(HVDC)技术的发展,风电和HVDC线路组成电网的比重将不断增大,电力系统的动态特性发生了深刻的变化。另一方面,目前基于能量函数法的思想对暂态电压稳定性的研究还不充分,相关的理论基础和计算方法仍需进一步完善。将能量函数法运用于含风电交直流系统的暂态电压稳定性分析将具有重要的意义。本文基于主导不稳定平衡点法对电力系统暂态电压稳定性进行分析。首先基于稳定域理论和能量函数理论对暂态电压失稳机理进行探讨和分析,指出在能量函数法的思想下,暂态电压失稳是由于故障中轨迹穿过了电压型主导不稳定平衡点(CUEP)的稳定流形。然后基于无功守恒原理推导了含恒速风机、双馈风机和HVDC系统的数值型能量函数。从两种思路推导了恒速风机的能量函数,通过理论分析,将恒速风机等值为PQ动态负荷的思路得到的能量函数保守性更低,对于那些数学模型较为复杂,且难以求得其解析型的能量函数的设备,如双馈风机和HVDC等,本文推荐采用PQ动态负荷的思路来推导其能量函数。接着对求取电压型CUEP方法的可靠性进行研究。由于基于牛顿法的求取CUEP的方法对初值要求较高,如果初值选择不合理,迭代可能会很耗时或发散,本文将启发式的方法和牛顿同伦法结合起来,求取电力系统的电压型主导不稳定平衡点,通过理论分析和算例分析,表明了牛顿同伦法可以减弱牛顿法下电力系统模型不稳定平衡点的收敛域分形边界影响,提高了数值计算收敛到CUEP的可靠性。将能量函数法分别用于纯交流系统和含风电交直流系统的暂态电压稳定分析中,均一致得到保守的结果,体现了能量函数法的保守性,验证了本文方法构造能量函数和求取电压型CUEP的有效性,也进一步表明了暂态电压失稳由电压型CUEP的不稳定流形来主导。最后从能量函数法的角度分析了交直流系统直流对系统稳定性的影响,得到了与时域仿真一致的结果,为分析设备对系统稳定性的影响提供了一种新的思路,具有一定的指导意义。仿真结果表明,将能量函数法运用于含风电交直流系统的暂态电压稳定性分析是可行的。


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