【《双馈风机接入多机系统的功角稳定性分析案例》3500字】

I双馈风机接入多机系统的功角稳定性分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u1362双馈风机接入多机系统的功角稳定性分析案例 179371.1多机系统功角稳定性分析及机群划分 112531.2EEAC法的分析及应用 2260061.2.1EEAC法发展综述 2191631.2.2EEAC法原理 224791.3EEAC法在风电并网系统功角稳定性分析中的应用 4131141.4仿真分析 4119621.1.1不同容量风机接入对系统功角稳定性仿真 454441.1.2不同风机接入位置对系统功角稳定性仿真 101.1多机系统功角稳定性分析及机群划分 多机系统的稳定性判别比单机系统的判别要复杂得多，为简化分析和计算，我们对多机系统采用扩展等面积法(EEAC法)将其等效为单机无穷大系统来研究。为方便研究各种影响因素位置的关系，我们先划分机群，将多机系统划分为超前机组群和余下机组群。 若给定的系统中共有(n+m)台超前同步机,为了合理地划分其中的一个机组群将其划分为两个单独的机组群:超前系统S和其他剩余的机组A,其中超前系统S的一个机组共n台同步机,余下群A机组共有M台同步机。本文主要采用的方法是为在某一个特殊的时刻,对n台机按照功角由小到大的顺序排列,这样产生的各个功角空间共有n-1个,且各个空间的功角均能把系统区域划分为一对互补的两个机群,功角空间领前的机组被称之为超前群S,剩余的机组则可以直接构成剩余的空间群A。这样,总共采取n-1种区域划分。对于任何一种功角划分的方式,通过计算其所得的必然宽度远远大于S群功角的下包络线,必然远远小于A群功角的上包络线,因此必然远远大于该划分方式下的A群功角间隙。当系统运行失稳,至少要求有一个划分才可以观测到门槛间隙大于无界功角间隙的门槛值。但是当系统稳定时,在所有n-1中的划分模型方式下,超前群S的上包络线与剩余群A的下包络线之间的空间距离也必须是有限度的。 为划分机群，将其按持续故障情况处理，用大步长（如0.２秒）展开到某时间（如５秒），将其按功角大小顺序排列，观察某种划分方式使各群功角包络线超过一个有界的门槛值（如100），并以该划分为划分标准，并将功角大的机群设为超前群S，其余设为余下群A。1.2EEAC法的分析及应用1.2.1EEAC法发展综述 上世纪八十年代后期,虽然采用直接方法来研究能量函数的一种方法任然继续进行研究,但它还是没有一种方法能够确定系统内部可用的临界暂态能量函数。为了有效解决这一问题,越来越多的研究人员把他们的研究重点转移到了如何把模型聚合技术运用到对暂态稳定性信息进行抽取。经过许多研究者多年努力,终于于1988年薛玉生教授和比利时pavella教授共同在IEEETRANSonpowersystems上首次发表了一种以EEAC为代价命名的临时性暂态稳定分析方法。 国家电力公司自动化研究所与加拿大的PLI(PowertechLabs，Inc.）合作开发了TSAT(TransientSecurityAssessmentTool)，之后又自主开发了FASTEST(FastAnalysisofStabilityusingEEACandSimulationTechnologies)，两者之间的根本原因仅仅是不同的整合方案，其实质是EEAC框架的具体实施。1.2.2EEAC法原理 EEAC法主要就是将多机空间中的全部动态方程式进行计算与积分，将得计算到的各机多机转子角的轨迹和对应的发电机功率通过PCOI（n，1）的变化逐点地映射到单机无穷大系统的P-δ平面上，形成一个映像单机无穷大系统的时变轨迹。 假如该电力系统总共有N台同步机，其中，第i台发电机的动态方程如下：T 其中：Tj，i 令M=M 划分机组，现有2n-2种不同的方式将n台机分割为超前群S和余下群A， 按1.1节中的划分方法，将同一机群的机组的动态方程相加，可以得到：jϵS 但是上式仍然是n个变量的等式，不便于探究位置关系对系统的影响。为了达到观察的目的，采用如下映射将其变化为两级系统的二维方程组：δ 其中：

M δS，δ 由此可以得到两机系统的二维方程组：M 在完成了多机系统到两级系统的映射之后，还需将两机系统映射为单机无穷大系统：令δ= 可得Mδ= 其中：M=MPP 以上过程完成了多机系统到单机无穷大系统的等效映射。这种变换保留了多机系统的稳定特性，能够用来判断多机系统的稳定性。1.3EEAC法在风电并网系统功角稳定性分析中的应用 本节基于扩展等面积法则EEAC法分析双馈风机对系统功角稳定性的影响。将多机系统映射单机无穷大系统公式化简为：∆ 其中，∆P为系统加速功率，∆PS为S群加速功率， 假设，风机送端系统为超前群，受端网络当余下群。 当系统惯量远大于受扰群系统惯量时，MA∆ 此时系统加速功率约等于送端系统加速功率，即风电系统的加速功率，而与送端系统惯量无关。 而当超前群等效惯量与余下惯量大小相差无几时，由于随着在风电比例变化，MS∂ 令上式=0，则当M 时∆P 故可知，系统加速功率式受扰群惯量的凹函数，又因为风机端受扰惯量随着风电比例的增大而减小。故多机系统风电比例增大会使系统暂态稳定性先增强后降低。1.4仿真分析1.1.1不同容量风机接入对系统功角稳定性仿真在PSASP中搭建双馈风机从GEN1_230母线接入单WSCC9节点系统接线图如图4-1图4-1不同风机接入容量PSASP仿真图 该WSCC9节点系统数据如下表表4-1节点参数节点名称基准电压电压上限电压下限Gen116.518.1511.85Gen21819.816.2Gen313.815.1812.42Gen413.815.1812.42Gen1-230230253210Gen2-230230250210Gen3-230230250210STNA-230230250210STNB-230230250210STNC-230230250210表4-2变压器参数变压器名称I侧节点J侧节点R1X1TkT1Gen1-230Gen100.061.0T2Gen2-230Gen200.061.0T3Gen3-230Gen300.061.0T4Gen4-230Gen400.051.0表4-3交流线参数交流线名称I侧节点J侧节点R1X1AC_1Gen2-230STNC-2300.0090.072AC_2STNC-230Gen3-2300.0110.100AC_3Gen2-230STNA-2300.0320.161AC_4Gen3-230STNB-2300.0390.170AC_5Gen1-230STNA-2300.0100.085AC_6STNB-230Gen1-2300.0170.009表4-4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Gen1Slack100000Gen2PQ1001.6310Gen3PQ1000.8510Gen4PQ1001010Lord1PQ10.35Lord2PQ1.250.5Lord3PQ0.90.3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 对于多机系统，我们首先要分析多机系统的机群划分，在风机并入前，对仿真进行潮流计算，并对多机系统STN-A-230发生三相接地故障的时候得到各发电机功角仿真图4-2。图4-2多机系统超前机群划分曲线 结合仿真图4-2与1.1节划分依据，我们将风电机Gen1划分为超前机群S。下面在分析多机系统暂态功角稳定性的时候我们分析Gen1与Gen2或者Gen1与Gen3的相对功角来分析该系统的暂态功角稳定性。 在考虑风机近端故障时，即当故障发生在STNA-230母线，Gen1与Gen3的相对功角差仿真图形不易判断系统暂态稳定性，故我们使用Gen1与Gen2的仿真来分析系统的暂态稳定性。与3.1.1一致，通过改变风机有功输出来调节风电容量，且仅分析风电比例50%以下的情况即可。 该WSCC9节点系统STN-A-230发生三相接地故障的时候得到风电比例小于30%各发电机功角差仿真图4-3，风电比例大于30%各发电机功角差仿真图4-4。图4-3风电比例小于30%时不同风电比例最大功角差图（a）图4-3风电比例小于30%时不同风电比例最大功角差图（b）图4-4风电比例大于30%时不同风电比例最大功角差图（a）图4-4风电比例大于30%时不同风电比例最大功角差图（b） 由以上仿真图可知，在风机占比小于30%的时候，随着风机占比的增加，系统的暂态功角稳定性会逐渐变好，而当风机占比大于30%的时候，随着风机占比的增加，系统的暂态功角稳定性会变得愈来愈差。故当双馈风机并入多机系统时，随着风电比例的增大，系统暂态稳定性先改善后恶化。1.1.2不同风机接入位置对系统功角稳定性仿真 为探究不同风机接入位置对系统功角稳定性的影响，我们在上述WSCC9节点系统模型中改变风电接入位置，即在STNB-230与GEN1-230母线之中加入BUS0母线来且将风机接入BUS0母线，通过改变BUS0两端的交流线阻抗来改变风机接入位置。本仿真采用20%风电比例，其他数