#论文:大规模风电场接入电力系统的小干扰稳定分析
6/2/2014 2:57:21 PM
## 结构
1.
小干扰稳定性特征值分析
2.
机械系统模型及坐标变换
3.
简单风电系统的小干扰稳定性
4.
风电场对系统小干扰稳定和阻尼特性的影响
5.
并网风电场改善系统阻尼的研究
## 摘要
###第一章 绪论
异步发电机的恒速风电机组由于其结构简单、可靠性高、维护方便等特点，一直受到广泛的应用，但仍然存在以下缺点：（і）风能转换效率不能维持最优；（іі）在发出有功功率的同时会吸收一定的无功，对电网的电压稳定不利；（ііі）风速波动引起的功率和电压波动较大，对电网的电能质量有影响。
基于变频器控制技术的变速风电机组具有很大发展空间，其有如下优点：（і）减少了风电机组机械部件（如轴与齿轮箱）上的应力；（іі）可以实现最大的风能利用效率；（ііі）控制发电机有功出力与风电机组转速；（іv）可以实现有功功率和无功功率的解耦控制。
对于风电场接入电力系统的小干扰稳定及阻尼特性的研究大体上分为以下几个方面：
**风电机组模型、简单风电系统、含风电场的电力系统以及对风电机组进行稳定控制。**
-
风电机组模型：风电机组轴系模型（单质量块模型）、电压调整、频率控制及机组稳定控制、变频器和控制系统
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简单风力发电系统分析：在简单风力发电系统研究中，以往文献缺少对风电机组引入振荡模态的机理分析，没有从物理概念上分析风电机组各部件与简单系统振荡模态的关系。
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含风电场的电力系统分析：
对于
**双馈变速风电机组**
，利用其
**转子侧变频器控制系统**
对风电机组输出电磁功率进行快速控制，在系统发生低频功率振荡时以
**发电机转差率**
为输入信号，控制变速风电机组向系统注入与振荡相关的阻尼功率，抑制或者抵消系统功率振荡，改善系统阻尼，增强系统动态稳定性。
对于
**永磁直驱风电机组**
，利用其
**全功率变频器控制系统**
，对风电机组输出电磁功率进行快速控制，在系统发生低频功率振荡时以
**系统频率**
为输入信号，控制变速风电机组向系统注入与振荡相关的阻尼功率，抑制或者抵消系统功率振荡，改善系统阻尼，增强系统动态稳定性。
###第二章 小干扰稳定性特征值分析方法
小干扰稳定分析：一是随着时间的推移干扰逐渐趋于零，即有扰运动
**趋于无扰运动**
，对应矩阵 A的所有特征值都具有
**负实部**
，称系统在此稳态运行情况下是渐近稳定的；另一种是无论初始干扰如何小，干扰 Δ x都将随着时间的推移无限增大，对应于矩阵 A
**至少有一个实部为正的特征值**
，系统在此稳态运行情况下是
**不稳定的**
。对于实际运行的电力系统来说，分析临界情况下的系统稳定性没有太大意义，可以视为系统小干扰稳定极限的情况。
遭受小干扰后非线性系统的稳定性可由其
**线性化系统的稳定性决定**
，而线性系统的稳定性又由
**状态矩阵 A的特征值决定**
，因此有必要分析状态矩阵 A的特性。系统的稳定性可以由特征值决定：
###第三章 风电机组机械系统模型及坐标变换
风电机组
空气动力学模型
桨距角控制系统模型
变速风电机组最大功率追踪及转速控制
风电机组轴系模型
参考坐标系的变换
## 知识点
1.
双馈式风机输出的有功功率和无功功率可以分开控制，具有一定的无功调节能力。一种电网对称故障下保持双馈变速风电机组不脱网运行的新型励磁控制策略，以实现电网故障期间风电机组的不间断运行。风电机组这种低电压维持运行的能力称为
**低电压穿越（LVRT-Low Voltage Ride Through）**
2.
低频振荡的原因：系统在
*负阻尼*
时产生的自发功率振荡；系统在受到扰动时，由于阻尼弱，其功率振荡长久不能平息；系统振荡模态与系统中某种功率波动的频率相同，且由于
*弱阻尼*
，使联络线上该功率波动得到了放大，产生了强烈的功率振荡；由
*发电机转速变化*
引起的电磁力矩变化和电气回路耦合产生的机电振荡，其频率约为 0.2～2Hz。
3.
振荡模态是衰减的，系统就是小干扰稳定的。但是，实际电力系统中，一般认为机电振荡模态的阻尼比大于0.05才可以接受这种运行状态。但根据实际情况可以调整。
4.
小干扰稳定
-
**bpa相关讲义，结合bpa做小干扰稳定的，很重要**
-
[讲义](http://wenku.baidu.com/link?url=AiQCsykuLhzSBqzgzlKmQ-0WjqCjN8zG-ihTiZgvKFqJsEnNwGtUByut3ArPsk1N0A71Yj5KFzuyL3VunWSIDZvZbhUPDBt49cJgHcuHLYi###)
**小干扰稳定性**是指系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。
电力系统在运行过程中无时不遭受到一些小的干扰，例如负荷的随机变化及随后的发电机组调节；因风吹引起架空线路线间距离变化从而导致线路等值阻抗的变化等等。和暂态稳定分析中的大干扰不同，小干扰的发生**一般不会引起系统结构的变化**。电力系统小干扰稳定分析的主要任务是研究遭受小干扰后电力系统的稳定性。系统在小干扰作用下所产生的振荡如果能够被抑制，以至于在相当长的时间以后，系统状态的偏移足够小，则系统是稳定的。相反，如果振荡的幅值不断增大或无限地维持下去，则系统是不稳定的。遭受小干扰后的系统是否稳定与很多因素有关，主要包括：**电网初始运行状态，输电系统中各元件联系的紧密程度，以及各种控制装置的特性等等**。
由于电力系统运行过程中难以避免小干扰的存在，一个小干扰不稳定的系统在实际中难以正常运行。换言之，正常运行的电力系统首先应该是小干扰稳定的。因此，进行电力系统的小干扰稳定分析，判断系统在指定运行方式下是否稳定，也是电力系统分析中最基本和最重要的任务。小干扰稳定和暂态稳定都属于电力系统机电暂态问题，都是分析系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的问题。但暂态稳定分析侧重于描述系统在扰动之后的动态过程，小干扰稳定分析则用于揭示系统当前运行点内在的动态特性。在实际发生扰动时，系统当前运行点内在的动态特性（线性）与外界扰动（非线性）共同作用决定了系统在扰动之后的动态运动过程。
5.
左右特征向量
## unknown
1.
大电网区域互联，区域间和区域内的弱阻尼、负阻尼问题
2.
低频振荡相关的小干扰稳定性问题
3.
振荡模态
[低频振荡](http://baike.baidu.com/link?url=PKvwOB19H2DEBApVQ3Mb-7opxzvEoMS470c6FwjtPEkaPlT02WnDWR2VilEw2wDq-ejGWeF9EEG2odAKOjsAjK "低频振荡")
相关文献：《电力系统低频振荡机理的研究》
4.
P24 状态变量和模态之间的关系
特征对应的系统状态？
**实特征值**
对应非振荡模态。负值对应衰减模态，正值对应非周期性不稳定。
**负特征值**
共轭形式出现，一对对应一个振荡模态