【《双馈风机并网对系统功角稳定性的影响分析综述》5600字（论文）】

双馈风机并网对系统功角稳定性的影响分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u5942双馈风机并网对系统功角稳定性的影响分析综述 1224171.1双馈风机等效模型 1155581.2双馈风机接入单机无穷大系统模型 2215751.3双馈风机对电力系统暂态稳定性影响分析 5190971.1.1等面积法则原理 5150001.1.2风机并网容量对电力系统暂态稳定性影响分析 754831.1.3双馈风机并网位置对电力系统暂态功角稳定性影响分析 9228961.4案例仿真与验证 9207571.4.1不同容量对系统功角稳定影响仿真 1070341.4.2不同接入位置对系统功角稳定性仿真 13近年来，随着风电机组的容量不断增加，风电机组对系统稳定性的影响这个问题不得不重点考虑。当大规模风电机组接入系统时，会对原有系统的静态，暂态稳定性产生极大的影响，此时研究风机并网对功角稳定性的影响就显得尤为重要。双馈风机并入电网后当系统承受较大扰动时,同步式发电机的暂态功角会发生摆动,影响系统转子的暂态功角稳定。

本章分别分析了单机无穷大系统功角稳定性的影响。首先，本章提出了双馈型风机的等效模型。将以恒功率因素正常运行的双馈风机等效为一各负阻抗rw，在故障期间的双馈风机等效为并联的负电阻和电抗zw1.1双馈风机等效模型 因为风能的稳定性差，风电场分布位置偏远，地区差异性大等缺点，我国风电主要采用大规模集中接入的方式，通常将风电经升压变压器升压后并入大电网中。但若对每个风电机都采用详细的数学模型描述时，不仅会增加模型的复杂性和规模性，还会带来数据修正等问题。因此，我们将同一风电场的风电机群仅等效为一台风电机。 双馈风机与同步机不同，由于双馈风机机械部分和电气部分能够实现解耦运行，因此，双馈风机本身不存在功角特性。我们可将双馈风机视为引入的非自治因素，并使系统攻角稳定性发生变化。因此，利用等效原理，仅用等效互阻抗来表征双馈风机从而达到影响系统效果一致的效果，进而用来分析系统的功角稳定性。 双馈风机运行方式有两种，分别为恒功率控制和恒电压控制。恒功率控制即为风机保持功率因素为1运行，此时双馈风机与电力系统不发生无功功率的交换，能充分利用风能，但是丧失了灵活的无功调节能力；恒电压控制即为保持母线电压不变，这样能够使风电积极参与电力系统的无功调节。 本文中的双馈风机是采用以功率因数值为1的恒功率因数来进行控制。例如当风机并网后正常工作运行时,风机只是向系统注入了有功,与电网之间没有进行无功交换,因此双馈风机就可以等效地转变成一个正负电阻;但是当系统出现故障时,由于这将会直接导致风机端的电压降低,故风机会给整个系统提供相应的无功,直到系统故障被清除,这时便将双馈风机等效成一并联负电阻和电抗。 其中，以定子磁链的变化过程来分析双馈风机动态响应过程的重点。基于定子磁链方程，可以严格推导出双馈风机的等效外特性。rX 其中，UB为风机并网电压，Pw，1.2双馈风机接入单机无穷大系统模型 双馈风机采用上述等效模型，当风机接入正常运行时将双馈风机等效为负电阻，由（3-1）可得双馈风机等效电阻以及等效电路图3-1。r图3-1单机无穷大系统等值电路图 为方便分析，先令k2=1，将同步机端变压器线路阻抗等效为一个阻抗，忽略无穷大侧和风机侧变压器影响，得到其化简为等值导纳电路图如图3-2。图3-2单机无穷大系统等效导纳电路图 其中y 为得到有效模型，运用星三角变换，可得如图3-3所示简化电路图3-3单机无穷大系统化简电路图 从等效电路可得该单机无穷大系统中的同步机与无穷大系统之间的转移导纳y31和同步机对地支路等效导纳y 由星三角变换公式可得：yy 其中ab=γUc=−γd=γγ= 由化简电路可以得到同步机功角关系式：S 其中，SSG 将等效电阻y31P其中,Gy1.3双馈风机对电力系统暂态稳定性影响分析1.1.1等面积法则原理 电力系统在再次受到重大电磁干扰的振动影响后,相当于系统结构等效地再次发生了较为严重的振动改变,这就将会直接就是使得一个发电机的各个输入输出功率传动体系以及各个转子传动轴体系的旋转潮流也同时会发生变化,从而直接就会导致系统结构中的一个原动机与一个发电机之间的各个输入输出功率不均匀,使一个非常平衡的转矩再次在一个发电机的一个旋转轴上再次加速产生,这将直接就会导致一个转子的转动加速或者者说是转子减速。 在电力系统遭到重大干扰以后的机电短路暂态运行过程中会出现三种不同的效应。第一种类型为震荡状态,即各种风力发电机和转子之间的相对角度会因为运行时间而改变,并且其中的震荡幅度会逐渐降低为0;第二种类型为震荡失稳的状态,即各种风力发电机之间的相对位置和角度会因为时间推移而变化,并且振幅会逐渐加大,最后会导致系统不稳定;第三种类型为失去了同步的状态,即在发电机与转子之间的相对角度没有产生震荡直接失去了同步。 本文采用等面积准则来分析电力系统的暂态稳定性问题。多机系统的暂态稳定性比较复杂，我们先讨论单机无穷大系统的暂态功角稳定性问题，在1.4节和1.5节分析多机系统的功角稳定性问题。为方便分析，本文从能量的角度来进行解释和判断。 发电机采用经典模型，发电机电磁功率的表达式为：P 其中，E`=E`0暂态电动势保持不变，U为无穷大侧电压，转移电抗 故障期间发电机的电磁功率表达式为：P 故障切除之后发电机的电磁功率表达式为：P 将发电机转子角速度用有名值表示，并忽略阻尼的作用，即D=0dδ 其中：ω为发电机转子角速度ω和同步角速度之差。 将式（3-9）第二式两边乘以dδ，然后再用其第一式代入，得T 再对（3-10）两边进行积分1 系统在δ=δ0的时刻受到扰动，在δ=δ 为简化公式，在系统受到故障到故障切除时间段，令ωstart=ω0−ω0=0 将它们代入式（3-11）有1 从物理意义上来看，等式左边的故障时期转子角速度的动能增加量，右边即为功角特性曲线图中的加速面积。 当故障切除后，此时ωstart=ωc，δstart=δ1 显然，当δ=δf时转子的角速度正好恢复到同步角速度，即ωf=1 从物理意义上来看，等式左边为切除故障后转子角速度的动能减少量，右边即为功角特性曲线图中的减速面积。 显然，切除故障后转子减速引起的动能减少量正好等于转子加速的动能增量。（3-12）与（3-13）两式联立即有δ推得极限切除角为cos 等面积准则它已经说明了,即当一个系统的最大可能减速面积远远超过了加速度的运行点面积时,系统便是保持了暂态稳定,但如果在切除故障的过程中操作太晚,以至于最大可能减速度的运行点面积远远超过了加速度的运行点h,这样在到达运行点h的情况下,发电机的转子角速度仍然远远大于同步的角速度,这样便会重新加速以致失去同步。图3-4单机无穷大系统故障前，故障期间和故障切除后的发电机功率特性曲线1.1.2风机并网容量对电力系统暂态稳定性影响分析 由式（3-8）PSG=E`2GSG+E`U1|yeq|sin(图3-4风电接入前后同步机功角曲线关系 在分析风机容量对系统功角稳定性的影响时，不同容量的风机通过不同电阻值的等效电阻来等效替代。令风电比例为k1r由星三角变化易知此时同步机节点与无穷大节点之间的等效阻抗为X其中：k1为风电比例系数，k2为双馈风机在BUS1位置接入时距离BUS2的距离长度比例，XT1为同步发电机相连的变压器的电抗之和，XT2为与无穷大系统相连的变压器的电抗， 对该双馈风机接入单机无穷大系统进行暂态稳定性分析 根据同步机转子运动方程：M 其中：M为同步机惯量，δ为同步机功角，Pm，Pe 为方便探究系统暂态稳定性程度，定义η=S 当风机接入单机无穷大系统后，同步机惯量M不变，机械功率Pm不变，由于故障期间，短路点将同步机与双馈风机隔离，故故障时的功角曲线不受双馈风机接入的影响，其加速面积也不会受到影响。但在故障切除之后，功角曲线相较于未接入时向下向右平移且最大值变小，这样就会使减速面积减小，且当风电比例增大时，极限切除角减小，导致 由上述等面积分析原理可知，系统加速面积不变，减速面积减小会使系统稳定裕度减小，而极限切除角的减小会使减速面积减小。故风电比例的增加会使系统暂态稳定性减弱。 因此，随着风电比例的增大，会使系统的暂态功角稳定性减弱。主要是由于双馈风机接入会使同步机与无穷大系统之间的等效阻抗增大，极限切除角减小，从而使功角曲线下降，最终导致其减小了系统的减速面积而没有改变加速面积。1.1.3双馈风机并网位置对电力系统暂态功角稳定性影响分析由文献，在故障期间，同步发电机与无穷大系统节点之间的功角差为∆δ=−其中PL为负荷功率，M表示系统等值机械功率，tf表示故障发生时间，ω0当系统中双馈风机接入容量以及故障位置一定时，此时只考虑风机接入位置对系统暂态攻角稳定性的影响，此时是关于k2的单调递减函数，即随着风机接入位置k1.4案例仿真与验证1.4.1不同容量对系统功角稳定影响仿真 在PSASP中搭建双馈风机从2母线接入单机无穷大系统接线图如下图图3-5单机无穷大系统接入风机PSASP仿真图 该单机无穷大系统原始数据如下表表3-1节点参数节点名称基准电压电压上限电压下限Gen111.81511Gen211.11.1Gen310.90.9Bus1220230210Bus2220230210Bus3220230210表3-2变压器参数变压器名称I侧节点J侧节点R1X1TkT1Gen1Bus100.11.0T2Bus2Gen200.011.0T3Gen3Bus300.041.0表3-3变压器参数变压器名称I侧节点J侧节点R1X1TkT1Gen1Bus100.11.0T2Bus2Gen200.011.0T3Gen3Bus300.041.0表3-4交流线参数交流线名称I侧节点J侧节点R1X1AC_1Bus1Bus200.04AC_2Bus3Bus100.04表3-5发电机及负荷参数发电机名称节点类型额定容量输出有功输出无功同步机模型Gen1PQ1200.80.36Gen1Slack9999000Gen1PQ2000.8010Lord142 其中：同步机模型6的参数： 电抗X 时间常数T 饱和系数a=0.9，b=0.06，c=10 阻尼系数D=0，定子电阻Ra=0.005 同步机模型0的参数： 电抗X 时间常数T 饱和系数a=0.9，b=0.06，c=10 阻尼系数D=2，定子电阻Ra=0.005 改变风机容量通过改变风机有功输出来改变，考虑风机远端故障时，当故障发生在GEN2母线，仿真结果如图3-6（a），将其初值对齐得到图3-6（b）。（后文b图都是初值对齐图）由于风电比例过高会造成脱网问题，故在仿真中只仿真了风电比例小于50%的各仿真图形。图3-6不同风电比例下的最大功角差（a）图3-6不同风电比例下的最大功角差（b） 由以上仿真数据可知，随着风电比例的增加，系统暂态稳定性降低，仿真与本节理论分析一致。1.4.