大容量风电并网对电力系统安全稳定的影响研究

大量的大容量风电场直接接入高压输电网络将对我国电力系统的安全稳定、调度运行等诸多方面带来越来越大的影响,迫切需要开展相关的理论研究和实际系统分析工作。本课题针对接入大容量风电场的电力系统安全稳定分析问题,建立了完整的数学模型,并通过对实际运行电网的大量模拟计算和理论分析,提出了满足电网安全稳定运行的风电接入容量确定方法和系统运行控制措施。本文的工作对风力发电的规划设计、生产运行和政策制定具有重要的理论意义和实用价值。 论文研究工作取得以下创新性研究成果: 1、将目前国际上较为成熟的风速模型、定桨距异步风力发电机组模型、变速恒频双馈风力发电机组模型及风电场建模处理方法加以适当改进,构建了适用于我国的含有风电场的电力系统稳定分析数学模型。在定桨距异步风力发电机组模型中,增加了一种新的功率系数拟合公式,以适应不同风能功率转换特性仿真;在变速恒频双馈风力发电机组模型中,增加了功率因数控制环节,以适用风电场恒机端电压和恒功率因数两种运行控制模式的仿真需要。 2、建立了实用化的含有风电场的电力系统大扰动稳定数学模型,通过微分方程和代数方程的交替迭代,完成含有风电场的电力系统大扰动稳定计算。结合内蒙古电网,分析了接入大容量风电场的电力系统功角稳定和电压稳定问题,提出了利用风力发电机组的低电压保护和电力系统安全自动装置相互配合的控制策略。 3、建立了实用化的含有风电场的电力系统小扰动稳定数学模型,将线性化的风电机组方程与系统原有线性化方程联立,形成含有风电机组的电力系统增广状态矩阵,采用PSASP软件的逆迭代转瑞利(Rayleigh)商迭代算法和稀疏矩阵技术求取大型状态矩阵特征值。结合内蒙古电网,分析了风电接入对电力系统振荡模式和振荡特性的影响及满足系统小扰动稳定要求的风电接入规模和运行控制方案;提出了风电场对电力系统阻尼特性的影响不会大于相同容量同步发电机组的观点。 4、研究了风速扰动对系统调压和调频的影响。提出了互联电网间联络线潮流调整限制风电接入容量的观点;结合内蒙古电网运行实际,提出一种工程实用方法,计算受此约束的风电接入容量,并分析了风电接入容量与系统旋转备用容量的关系及各种相关因素对风电接入容量的影响。研究了风速扰动对风电场所在地区电压稳定性的影响。