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1、基于分岔理念之DFIG并網(wǎng)對(duì)電力體系電壓穩(wěn)固性概述第1章緒論1.1課題的研究背景和意義為了能更好的滿足人們對(duì)用電的需求，我國(guó)電力系統(tǒng)機(jī)組容量逐漸增大、電壓等級(jí)向特高壓發(fā)展、輸電距離跨度增大及電網(wǎng)互聯(lián)程度增強(qiáng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且薄弱，再加上受到經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)使，系統(tǒng)常常在接近極限輸送能力的狀態(tài)下運(yùn)行，這對(duì)系統(tǒng)保持穩(wěn)定提出了考驗(yàn)。通過(guò)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的電力系統(tǒng)事故表明，和同步穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性事故相比，電壓穩(wěn)定性的突發(fā)性和隱蔽性特征更明顯[1-2]。近些年，國(guó)內(nèi)外發(fā)生的電壓失穩(wěn)和電壓崩淸事故，以造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失
2、和社會(huì)混亂，電壓?jiǎn)栴}已日趨成為電工學(xué)界研究的重點(diǎn)[3]。迄今為止，對(duì)電壓穩(wěn)定性的研究雖已得到很多有利結(jié)論，但相比與同步穩(wěn)定問(wèn)題，電壓穩(wěn)定的研究成果還不能滿足工程實(shí)際運(yùn)用的需求，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，對(duì)電壓穩(wěn)定機(jī)理的認(rèn)識(shí)人們從不同的層面對(duì)其進(jìn)行探討，但尚未達(dá)成統(tǒng)一的結(jié)論；另一方面，至今尚未有一套被大家公認(rèn)的用于電壓穩(wěn)定性分析的元件模型和數(shù)學(xué)方法。因此，加強(qiáng)有關(guān)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題的研究，在理論和實(shí)際運(yùn)用上都具有特別重要的意義。風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性，且遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，目前運(yùn)用最廣泛的是以雙饋電機(jī)為
3、代表的變速恒頻機(jī)組，它不同于運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)發(fā)送有功功率的同時(shí)也吸收無(wú)功功率的恒速恒頻的感應(yīng)式異步風(fēng)電機(jī)[4]。目前發(fā)展風(fēng)力發(fā)電已成為一些國(guó)家地區(qū)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的重要措施之一，在發(fā)電形式中所占比重也逐漸增大。但是風(fēng)機(jī)特性不同于同步發(fā)電機(jī)特性，風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)改變系統(tǒng)的潮流分布，風(fēng)機(jī)注入功率的隨機(jī)性、風(fēng)機(jī)自身的動(dòng)態(tài)特性，都顯著影響局部電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性且對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及繼電保護(hù)裝置等提出了挑戰(zhàn)[5],因此研究風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電壓穩(wěn)定的影響具有很重要的意義。.1.2電壓穩(wěn)定性的基本概念電壓穩(wěn)定問(wèn)題的研究已有將近7
4、0年的時(shí)間，關(guān)于電壓穩(wěn)定性的定義，CIGRE、IEEE以及國(guó)內(nèi)的學(xué)者出版了相應(yīng)的專題報(bào)告，但由于電壓穩(wěn)定性問(wèn)題的復(fù)雜性，目前學(xué)術(shù)界還沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的定義。2001年我國(guó)出版的行標(biāo)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》（DL7552001)[6]、國(guó)家電網(wǎng)公司出版的《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)算規(guī)定》對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的補(bǔ)充和細(xì)化中給出了電壓穩(wěn)定的定義：電力系統(tǒng)遭受小擾動(dòng)或大擾動(dòng)之后，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復(fù)到允許范圍以內(nèi)，電力系統(tǒng)不發(fā)生電壓崩淸的能力。2004年IEEE/GIGRE穩(wěn)定定義聯(lián)合工作組對(duì)電壓穩(wěn)定性
5、作了定義電力系統(tǒng)在初始運(yùn)行點(diǎn)受到擾動(dòng)后，系統(tǒng)所有母線能夠維持穩(wěn)定電壓的能力，它依賴于負(fù)荷需求和負(fù)荷供給之間保持或恢復(fù)平衡的能力。無(wú)論是哪一種定義，其本質(zhì)都是電力系統(tǒng)供給和需求之間失去平衡，對(duì)電壓穩(wěn)定就是指[9]:當(dāng)系統(tǒng)向負(fù)荷提供的功率隨著電流的增大而增大時(shí)，則系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，否則系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。當(dāng)系統(tǒng)處于最大負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，若繼續(xù)增加系統(tǒng)的負(fù)荷，則會(huì)發(fā)生電壓崩饋。根據(jù)擾動(dòng)的大小，2004年IEEE/GIGRE穩(wěn)定定義聯(lián)合工作組將電壓穩(wěn)定分為大擾動(dòng)穩(wěn)定和小擾動(dòng)穩(wěn)定，兩種電壓穩(wěn)定可以是長(zhǎng)期的現(xiàn)象也可以是短期的現(xiàn)
6、象。大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)(如系統(tǒng)故障、切機(jī)、失去負(fù)荷等)以后系統(tǒng)所有母線維持電壓穩(wěn)定的能力。這類穩(wěn)定需要檢驗(yàn)從幾秒到幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，以此確定由發(fā)電機(jī)、負(fù)荷特性、連續(xù)和離散控制及保護(hù)等設(shè)備之間的互相作用。大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定一般用非線時(shí)域仿真來(lái)研究。.第2章風(fēng)電系統(tǒng)模型和電壓穩(wěn)定分析方法2.1引言隨著電力系統(tǒng)在空間上規(guī)模的不斷增大，節(jié)點(diǎn)維數(shù)向高維方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)布局逐漸變復(fù)雜，通過(guò)對(duì)實(shí)際的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究是非常困難的，對(duì)電力系統(tǒng)的分析大多是以電子計(jì)算機(jī)為計(jì)算工具進(jìn)行數(shù)字模
7、擬和仿真，因而對(duì)電力系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型的描述是分析研究電力系統(tǒng)行為的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)的分析除了元件數(shù)學(xué)模型的描述外還包括電力系統(tǒng)的分析方法。本章簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)元件模型及本文運(yùn)用的分盆理論、延拓法、時(shí)域仿真法幾種電壓穩(wěn)定性分析方法。分忿問(wèn)題起源于對(duì)力學(xué)上一些失穩(wěn)現(xiàn)象的研究[67]，分盆理論是非線性理論的重要分支。如果非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，即整個(gè)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)系統(tǒng)受到任意的小擾動(dòng)就可能使其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化就稱為分盆。由于電力系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高維的非線性動(dòng)力系統(tǒng)
8、，電壓失穩(wěn)的過(guò)程是從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)到分盆狀態(tài)，而分忿理論是分析非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的有力工具[68]，故常用分盆理論來(lái)分析電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。Andronnov和Neimark[3M于1961年在對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析中引入分忿理論，KwatnyHG[69l等人于1986年運(yùn)用分盆理論研究電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析，之后一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐步將分盆理論運(yùn)用于電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的研究中。..2.2元件的數(shù)學(xué)模型同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中的核心元件，向系統(tǒng)提供有功功率和無(wú)功功率，其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性影響著系統(tǒng)
