含风电场的电力系统频率稳定的同伦函数分析法

风力发电凭借其绿色环保、资源丰富、容易开发、性价比逐步提高等优势得到了世界各国的广泛重视,是目前世界上发展得最快的可再生能源。随着风力发电在电网中比重的不断提高,风电场输出功率不断波动这一特性使得含风电场的电力系统的稳定性研究变得越来越重要。特别是在风电系统遭受大干扰之后,由于有功功率平衡遭到破坏,势必对系统的频率稳定特性有一定影响。本文的目的是为风电系统的频率稳定分析提供一种有效途径。 特征值分析法是一种用来分析复杂非线性动力系统稳定性的方法;同伦函数表征了动力系统中拓扑空间之间的耦合关系,在进行特征值分析时可以用来确定风电系统特征值所对应的具体状态变量。 本文将同伦函数引入到风电系统的频率稳定分析中来。首先对恒速风力发电机和双馈风力发电机的原理和特点进行了探讨,在此基础上建立了统一的含风电场的电力系统频率稳定分析的数学模型;接着本文对电力系统频率稳定的分析方法进行了探讨,重点介绍了从李雅普诺夫稳定性原理发展而来的特征值分析法。然后详细分析了同伦函数的原理及其在风电系统特征值分析中的应用,指出可以利用同伦函数辨别出系统特征值对应的状态变量,特别是与系统频率相关的状态变量,以便更加准确地进行频率稳定特征值分析。最后,针对含有恒速风力发电机组和双馈风力发电机组的电力系统,运用特征值分析法并借助同伦函数的辨别结果实现了频率稳定特性的比较和分析。 仿真结果表明含双馈风力发电机组的电力系统具有更好的频率稳定性。