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双馈变速抽水蓄能机组小干扰稳定性分析

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:36596
  • 论文编号:
  • 日期:2024-09-22
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文对DFIG-VSPS各部分进行完整的数学建模,构建了机组的整体控制策略,通过忽略定子侧暂态过程推导了双馈电机的四阶暂态模型,推导了描述DFIG-VSPS动态特性的微分方程,并根据李雅普诺夫线性化理论,建立DFIG-VSPS的小信号模型。

1绪论

1.2课题研究现状

1.2.1抽水蓄能电站发展现状

(1)常规抽水蓄能电站

自1882年第一座抽水蓄能电站落地至今,世界抽水蓄能事业发展大致经历了3个阶段:1882年至20世纪40年代末,这是抽水蓄能电站的起步发展阶段;20世纪50年代至80代为快速发展阶段,随着电力负荷的迅速增加,以西欧发达国家、美国、日本为代表,他们在此期间建设了大量的抽水蓄能电站;20世纪90年代至今,世界抽水蓄能电站的建设步伐放缓,亚洲国家例如中国、韩国、印度成为抽水蓄能建设新的增长点[12]。经过一百多年的发展历程,不管是从水力机械的设计制造、机组的单机容量、电站的建设施工,还是从电站的应用场景、在电力系统中承担的功能任务等方面考量,抽水蓄能电站都取得了跨越式的发展。从最初的单纯解决枯水期发电量不足的问题,到与核电、火电配合调峰,成为电力系统中绿色低碳,快速灵活的调节电源,如今更是承担促进风光消纳、支撑新能源更大规模发展的重任[13]。随着风光等新能源在全球范围的大规模推进,抽水蓄能电站作为储能手段必将在世界范围内得到更加广泛地应用。

3基于单机无穷大系统的DFIG-VSPS小干扰稳定性分析

3.1特征值法概述

3.1.1特征值分析法

与短路故障等造成的大干扰不同,小干扰的发生一般不会改变系统的结构,仅会引起部分电气量的振荡,如果这些振荡随着时间的推移,可以被抑制,系统能够近似恢复到之前的运行状态或者是过渡到一个新的稳定运行的状态,那么这个系统就是小干扰稳定的。由于电力系统中的小干扰时刻都有发生,因此正常系统必须满足小干扰稳定的前提。由于干扰较小,系统遭受干扰前后的状态变化并不大,所以可以利用Lyaponov线性化的思想,从非线性系统的线性化逼近稳定性得出非线性系统在小范围运动时的稳定性,这便是利用特征值法分析电力系统小干扰稳定性的理论基础[59]。

(a)状态矩阵的特征值均为负数或具有负实部,说明系统发生的小扰动会随着时间的推移而减弱,直至系统恢复到扰动发生前的状态。

(b)状态矩阵的特征值至少存在一个正实部特征根,则该系统小干扰不稳定,在遭受小扰动后,随着时间的推移,扰动量会越来越大,系统不能恢复导致之前的运行状态。

(c)状态矩阵的特征值实部不大于零,但存在零特征根,表明系统处于临界状态,但这种状态对实际运行的电力系统来说,没有意义,因此不做分析。

因此可以看出,利用特征值法可以把复杂的非线性系统的稳定性问题转化为判断线性系统特征值的正负的问题,为问题的求解带了极大的便利。

4含DFIG-VSPS的互联系统小干扰稳定性分析

4.1 四机两区域系统模型

IEEE的经典四机两区域系统在电力系统小干扰分析中应用广泛[62]。双馈变速抽水蓄能机组接入四机两区域系统的结构如图4-1所示,整个系统分为区域A和区域B,各区域内分别有两台相同的同步机组G1和G2、G3和G4,两区域间通过节点7和节点9之间的联络线连接,实现功率的传输。在节点7处接入的有功负荷L1为967MW,在节点9处接入的有功负荷L2为1767MW,无功负荷均为100MW。区域A向区域B输送的有功功率为210MW。输电线路长度在图4-1中给出,线路电阻为0.0529Ω/km,线路电抗为0.0529Ω/km。

电力论文参考

4.2 DFIG-VSPS接入前后系统的特征值分析

4.2.1四机两区域系统特征值分析

为了分析双馈变速抽水蓄能机组接入后,对系统小干扰稳定性带来的影响,需要分别计算DFIG-VSPS接入前后系统的特征值。DFIG-VSPS机组未接入前,四机两区域系统的特征根计算结果在复平面的分布情况如图4-2所示,图中斜线从左起分别表示阻尼比为0.4和0.15的等阻尼比线。

从图中可以看出,系统特征根均分布在负平面内,系统满足小干扰稳定的要求。但依然存在三组振荡模式的特征根分布于0.15等阻尼线的右侧(图中用红色标出),其阻尼比较低,是系统的关键振荡模式,将这三组特征根筛选出来,计算出阻尼比、振荡频率,并通过参与因子分析与各模式相关的同步机组。


5总结与展望

5.2研究展望

本文针对DFIG-VSPS的小干扰稳定性问题进行了部分的研究工作,但针对该课题仍更多值得深入研究的内容:

(1)本文仅以发电工况为例展开研究,对于抽水工况的小干扰稳定性问题没有涉及,因此在后续的研究中应考虑DFIG-VSPS运行在水泵工况时机组自身及并网的小干扰稳定性。

(2)在研究机组自身的小干扰稳定性时,仅考量了水流惯性时间常数Tw和转子侧变流有功外环PI参数的影响,未对其他控制参数,如转子侧变流器电流环控制参数及网侧变流控制参数的研究。后续可以对以上参数进行分析,求出控制参数的稳定域,利用控制参数对系统特征值的灵敏度进行参数优化,从而改善机组的小干扰稳定性。

(3)在研究DFIG-VSPS并网的小干扰稳定性时,可以考虑新能源接入系统的情况等。

参考文献(略)

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