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集群风电基地的电网安全稳定特性与连锁故障防御策略研究

作　者: 陈堂龙
导　师: 陈劲操
学　校: 南京理工大学
专　业: 电气工程
关键词: 风电基地双馈异步风电机组电压频率连锁故障模式防御策略
分类号: TM711
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在论述电网连锁故障研究现状的基础上,分析了双馈异步风电机组(DFIG)的模型和控制机理；基于国网电科院研发的大电网分析软件FASTEST以酒泉风电基地电网为对象,研究了电压、频率的安全稳定影响因素,总结了基地的主要连锁故障模式。基于分层分区的控制思想,以及电网的安全稳定控制体系,设计了风电基地连锁故障防御系统的各层功能,提出了阻断连锁故障的防御策略并通过实例验证了策略的有效性。1)研究了DFIG的数学模型、有功、无功解耦控制技术、低电压穿越机理与风电场建模。在潮流计算中,当风电场采用恒功率因数控制时,将节点处理为PQ节点；当采用恒电压控制时,节点处理为PV节点(Q为有限值)。2)研究了风电出力水平、DFIG无功特性(含crowbar保护)和无功补偿设备对风电场并网点的电压稳定影响,结论如下：(1)风电场高有功出力会造成并网点电压偏低(不计无功补偿装置)；(2)电网故障期间,DFIG在磁链衰减后将从电网中吸收无功,加重电网电压的跌落程度,可能造成相邻的风电场群低电压穿越失败或机组crowbar保护连锁动作；(3)并联电容器、SVC在电网正常运行时,能够改善风电基地的电压水平,但是故障清除后瞬间可能产生无功过剩导致关键母线高压越限。3)分析了不同风电有功出力比例与风电机组的频率保护定值对风电基地电网频率稳定性的影响。结论如下：(1)风电有功功率占总出力比例越大,风电基地的频率稳定性越差、故障时频率恶化的越快；(2)风电机组的频率保护定值不当可能恶化电网故障期间的功率失衡,引发安控连锁动作。4)总结了集群风电基地连锁故障的主要演化模式：(1)因风电基地电压问题导致风电机组低压高压脱网；(2)风电基地外送通道故障引起功率不平衡而导致机组因频率保护连锁故障；(3)故障后因潮流转移引起风电外送通道过载,导致电网侧连锁故障,进而引发风电基地侧电压或频率问题,导致风机连锁跳闸。5)基于分层分区的控制思想和电网的安全稳定系统体系,设计了风电基地连锁故障防御系统的各层功能,研究了风电基地连锁故障控制的时机与可用措施,提出了在线、离线一体化与预防控制、紧急控制、校正控制相结合的防御策略,考虑研究的稳定影响因素调节控制解决电压、频率、过载等多种问题引起的风电基地连锁故障。通过对连锁故障实例的仿真验证,证明了该策略有效。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-15
  1.1 研究的背景与意义  9-10
  1.2 常规复杂电网连锁故障研究现状  10-12
  1.3 集群风电基地的连锁故障研究现状  12-13
  1.4 本文主要工作  13-15
2 双馈风电机组及风电场群的模型  15-26
  2.1 双馈风电机组的数学模型  15-19
    2.1.1 三相静止abc坐标系下的数学模型  16-17
    2.1.2 同步旋转dq坐标系下的数学模型  17-19
  2.2 双馈风电机组的有功、无功解耦控制  19-21
  2.3 双馈风电机组的保护配置与低电压穿越  21-22
  2.4 仿真软件(FASTEST)及相关模型  22-25
    2.4.1 仿真软件简介  22-23
    2.4.2 FASTEST中的双馈风电机组建模  23-24
    2.4.3 集群风电基地的风电场群建模  24
    2.4.4 双馈风电场在潮流计算中的节点模型及处理方法  24-25
  2.5 本章小结  25-26
3 集群风电基地的电压安全稳定特性研究  26-44
  3.1 风电有功出力对风电场并网点电压的影响分析  26-29
    3.1.1 风电场出力对并网点静态电压水平影响  26-28
    3.1.2 风电有功出力对风电场并网点暂态电压水平影响  28-29
  3.2 DFIG对集群风电基地无功电压的影响  29-39
    3.2.1 正常运行时DFIG的无功出力范围  29-30
    3.2.2 暂态故障下DFIG与电网的无功交换  30-32
    3.2.3 crowbar保护对母线电压的影响和连锁动作研究  32-39
  3.3 无功补偿设备对风电场并网点电压的影响分析  39-43
    3.3.1 并联电容器  39-41
    3.3.2 静止无功补偿器  41-42
    3.3.3 有载调压变压器  42-43
  3.4 本章小结  43-44
4 集群风电基地的频率安全稳定研究  44-50
  4.1 DFIG频率响应特性  44-45
  4.2 风电出力比例对风电基地电网频率稳定的影响  45-48
    4.2.1 玉嘉风电基地外送电能方式  46-47
    4.2.2 玉嘉风电基地受入电能方式  47-48
  4.3 风电机组频率保护定值对风电基地电网的频率稳定性影响  48
  4.4 本章小结  48-50
5 集群风电基地的连锁故障模式研究  50-56
  5.1 集群风电基地风电机组连锁故障实例  50-52
  5.2 风电基地由于电压安全导致的连锁故障模式  52
  5.3 风电基地由于频率安全导致的连锁故障模式  52-54
  5.4 风电基地连锁故障模式研究  54-55
  5.5 本章小结  55-56
6 集群风电基地连锁故障防御系统架构与防御策略  56-73
  6.1 连锁故障防御系统的架构与控制时机、可控措施  56-64
    6.1.1 风电基地连锁故障防御系统架构  56-59
    6.1.2 风电基地连锁故障防御的控制时机与方式  59-61
    6.1.3 风电基地连锁故障防御的控制措施  61-64
  6.2 风电基地连锁故障的防控策略  64-67
  6.3 频率连锁故障防御的离线策略实例验证  67-71
  6.4 本章小结  71-73
7 总结与展望  73-75
  7.1 本文总结  73-74
  7.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79

集群风电基地的电网安全稳定特性与连锁故障防御策略研究

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