含风电的电力系统电压稳定性研究

近年来,传统能源逐渐枯竭,环境污染问题愈加严重,以风电为代表的新能源发电技术在全球发展迅猛。然而,随着风电渗透率的不断提高,风机出力的随机性和波动性对电网的影响日益增大,其中电压稳定问题尤为突出,已成为制约风电大规模并网的瓶颈之一。本文基于此,重点研究了风电并网对电力系统电压稳定性的影响。本文首先分析总结了有载调压变压器OLTC、发电机过励磁限制器OXL及负荷的动态特性对系统电压稳定的影响,验证了电压失稳的本质是一个动态过程,与系统中的动态元件紧密相关,为后文含风电电力系统动态电压稳定分析奠定基础。其次,推导了双馈风力发电机DFIG的动态无功极限,用时域仿真法分析了DFIG的动态无功极限和不同运行方式等因素对电力系统动态电压稳定性的影响。仿真结果表明,DFIG的动态无功极限对电压稳定性起着至关重要的作用,不可简单的当作固定值处理;此外,DFIG网侧换流器采用电压控制时,可发出的无功最大,在改善系统电压稳定性方面具有更大的优越性。再次,推导了适用于小干扰电压稳定分析的DFIG线性化模型,用小干扰分析法探寻DFIG与电力系统动态电压稳定之间的关系。尽管通过时域仿真法可以直观地观察系统中各变量的动态曲线,但却难于把握导致电压失稳的本质原因。因此,本文通过观察电压失稳过程中系统特征值的变化轨迹,再结合各特征根对应的参与因子,力图从本质上揭示DFIG影响动态电压稳定的原因,分析结果与时域仿真法所得结论可以相互验证。最后,对常规多端口等值电路进行改进,得到能够有效计及DFIG动态的阻抗比型电压稳定指标,有望应用于电压稳定在线监视。仿真结果表明,改进后的电压稳定指标具有灵敏度高的优点,能够更加真实地反映出系统当前电压稳定状况。