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计及风电机组爬坡速率约束的电力系统动态行为研究


——硕士研究生开题报告——

计及风电机组爬坡速率约束的 电力系统动态行为研究
汇报人:王义伟
2014年11月15日星期六

主要内容

二 三 四 五
2014年11月15日星期六

选题背景及研究意义 研究领域国内外现状及发展趋势

研究内容及技术路线 可能遇到的问题及困难
进度安排及预期目标

一、选题背景及研究意义

2014年11月15日星期六

选题背景—风电并网规模的增大
随着能源与环境问题日益突出,风力发电呈现出单机容量大 型化和风电场规模大型化的新趋势。 风电功率输出具有随机性和波动性,而且风力发电机有时 要从电网中吸收大量的无功功率以建立其磁场。大规模风 电并网会给电力系统稳定性带来新的问题和挑战。

2014年11月15日星期六

选题背景—风电并网规模的增大
风力发电机的输出功率与其风速密切相关,当风电渗透率 到达一定程度时,风速变化将导致输出功率骤然间变化。 此过程必将引起电力系统动态行为的改变,给系统稳定性、 电能质量以及安全运行带来新的问题。

因此,考虑风机的爬坡速率约束,研究含高渗透率风电的 电力系统稳定性显得尤为重要!
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风机爬坡速率约束

2014年11月15日星期六

选题背景—电力系统的高度非线性
电力系统是典型的非线性动力学系统,具有高维数和复杂性 的特点。在实际运行过程中,无论采用何种模型进行分析, 电力系统总会受到饱和非线性、中继器非线性、死区非线性 等多种非线性因素的影响。 当风速到达额定值时,其输出功率保持恒定,即风机出力达 到了极限,此时体现出了饱和特征。有研究表明,若忽视饱 和环节的存在,可能会误解电压失稳机理。因此,研究饱和 环节对系统稳定性影响具有一定的理论意义。

风机输出极限

2014年11月15日星期六

二、研究领域国内外现状 及发展趋势

2014年11月15日星期六

风电机组数学模型的研究现状及发展趋势
双馈风电机组已日益成为风力发电的主流形式。 风速模型 风双 电馈 机式 组

风力机模型
风力机机械控制部分模型

双馈发电机模型
电力变频器模型

发电机电气控制部分模型
2014年11月15日星期六

风电机组数学模型的研究现状及发展趋势
近些年来,随着风轮直径的增大,风轮结构的弹性日益增 大,机械传动轴系对风电机组电气性能的影响也会增大。 为了考虑风机与发电机之间的柔性连接(齿轮传动),有 学者采用等效集中质量法与动力学方程建立了包含机械传 动链动态的两质块轴系模型。
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2014年11月15日星期六

两质块轴系模型

风电机组数学模型的研究现状及发展趋势
含双馈式风力发电机的系统 模型如右图所示—双馈式异 步发电机定子侧接入电网, 转子侧接电力变换器 。
风力机 齿轮箱
电力 变换器

电网

风力发电系统模型

关于大规模风电场的建模,国内还没有统一的标准。无论是 潮流计算或者稳定性研究,常常把风电场当作是特殊的恒功 率负荷(PQ节点)或PV节点来处理 。 因此,如何考虑爬坡速率从而建立稳定性研究所需的较精确 模型,是本课题的关键之一!
2014年11月15日星期六

分岔理论的研究现状及发展趋势
分岔定义:一个含参数的动态系统,当参数连续变化并经过某 一临界值时,系统的定性性态(如平衡点或周期轨道数目)发 生突然变化时出现的必然现象称为分岔。此时的参数值称为分 岔值,平衡点称为分岔点。 稳定域 鞍结分岔 单调失稳 Hopf分岔 振荡失稳 奇异诱导分岔 单调失稳

分岔理论作为分析研究非线性动态系统结构稳定性的有力工具, 与电力系统稳定性有着必然的联系!
2014年11月15日星期六

风电接入对系统动态行为的影响
输出功率波动 风电接入 导致 影响

系统惯量变化

潮流分布 系统稳定性 电能质量 安全运行 经济性等

电网结构改变

众多学者以风电场注入有功功率和无功功率为分岔参数,研究了 含风电场的电力系统分岔问题,从而可以有效评估电网安全稳定 性及风电穿透功率极限。
2014年11月15日星期六

三、研究内容及技术路线

2014年11月15日星期六

研究内容

1

风电机组数学模型的建立

2

含大规模风电电力系统的分岔计算

3
2014年11月15日星期六

分岔点处系统运行状态的仿真分析

技术路线
? 风电机组数学模型建立 基于双馈式风力发电机组特性,并忽略发电机、传 动部分特性以及风电场内部之间的复杂联系,建立其 简化数学模型。 ? 电力系统的分岔计算 AUTO 07软件能够定量搜索分岔点、判断分岔点类 型以及确定分岔点处新分支方向等数值分析难题,因 此本课题使用该软件进行电力系统分岔计算。 ? 分岔点处系统运行状态仿真 针对不同分岔点对应的系统运行状态,本课题以 PSAT为工具进行仿真,从而验证理论研究的有效性。

2014年11月15日星期六

四、可能遇到的问题和解 决的初步构想

2014年11月15日星期六

可能遇到的问题 1 2 3 4
2014年11月15日星期六

如何在考虑爬坡速率约束下建立精确的 风电机组数学模型 ?

怎么使用AUTO 07软件进行分岔计算?
如何使用PSAT工具对分岔点处的系统 运行状态进行仿真 ?

怎样优化程序编写 ?

解决的初步构想

对风电场合理 建模,并形成 风电场与系统 间合理的接口

深入了解各元件以及 各模型之间的关系, 从而得到分岔计算所 需要的合理数据

对比研究其它 仿真软件,从 而更好地使用 PSAT进行系 统仿真

2014年11月15日星期六

五、进度安排及预期目标

2014年11月15日星期六

阅读相关文献 ,准备开题报告;深入研究 2013年11月— 分析大规模风电场的电源特性,建立适用于 本课题的考虑爬坡速率约束下的风电场数学 2014年3月 模型 2014年4月— 理清各元件和各模型之间的联系,得出分岔 2014年6月 计算所需的输入数据,进行分岔计算;使用 PSAT对分岔点处系统运行状态进行仿真 2014年6月— 2014年7月 2014年8月— 2014年12月
2014年11月15日星期六

对分岔理论进行更加深入的了解,掌握算法 的本质,对于大型系统的分岔分析做出一定 的尝试,将分岔理论思想运用到实际电力系 统中,为其稳定性分析提供一定支撑 归纳总结,撰写毕业论文

汇报完毕! 请老师批评指正!

2014年11月15日星期六


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