含多类型间歇性可再生能源的电力系统概率小扰动稳定分析与控制研究

With the increasing penetration of uncertainty renewable energy sources (e.g. wind power and photovoltaic) into grid and the development of the new techniques (e.g. micro-grid, distributed power and electric vehicles), these significantly enhances the uncertainties of power system. Therefore, secure and stable operation issues of power system become more prominent. Traditional deterministic small signal analysis and control methods, which do not consider the uncertainties scene, cause results to be too conservative. To address the above problems, this project will consider the correlations and uncertainty caused by the intermittent renewable energy sources, then study the method of determining the uncertainty of input variables based on the sensitivity method , later analyze the accuracy of the different estimation methods, a practical probability small signal stability analysis method is obtained based on discrete point estimate method, the method do not need the probability distribution function of the input variables, and can consider the correlation of input variables, high accuracy and simple features. Then, a damping controller based on linear parameter varying (LPV) robust control theory is designed to enhance the probabilistic small signal stability of the power system, the proposed analysis and control methods will be validated through both digital simulation and real-time simulation. This project will provide a new idea and method to improve the operation stability of power system with multiple types of uncertainty renewable energy sources integration.

随着以风光为代表的间歇性可再生能源在电网中渗透率的不断提高，微网、分布式电源、电动汽车等新技术的快速发展，使得电力系统的不确定性显著增强和安全稳定运行问题更加突出，传统的确定性小干扰稳定分析和控制方法不能考虑不确性的影响从而导致结果不准确。针对上述问题，本项目将充分考虑多类型间歇性可再生能源发电引起的不确定性和相关性因素，提出一种基于离散点估计的含多类型间歇性可再生能源的电力系统实用概率小扰动稳定分析，基于灵敏度法研究了不确定性输入变量的确定方法，该方法无需输入变量的概率分布函数、能够考虑输入变量的相关性、计算量小、精度高和实现简单，然后根据概率分析结果提出基于线性参数变化鲁棒控制理论设计概率阻尼控制器以增强系统概率小扰动稳定性的方法，最后通过数字仿真和实时仿真对所提分析和控制方法进行验证。本项目为进行含多类型间歇性可再生能源电力系统的概率小扰动稳定性分析和控制提供了一种新思路和方法。

本项目以含多类型间歇性可再生能源电力系统的概率小扰动稳定性分析和控制为对象，在分别研究了风电和光伏功率的特性分析的基础上，提出了其对应的时间序列生成方法；进而提出了一种基于离散点估计法的含风光可再生能源的电力系统概率小干扰稳定分析(probabilistic small signal stability analysis, PSSSA)方法。最后，基于PSSSA结果，提出了一种抑制含风电电力系统多频带振荡的概率鲁棒阻尼控制器的优化设计方法。在此基础上，将研究内容进一步拓展到宽频带振荡，分别从大规模风电与光伏并网的振荡分析与控制出发进行研究。对于风电并网而言，在建立双馈风电场经柔直并网系统等值模型的基础上，通过阻抗法分析次同步振荡产生的机理；进一步揭示了双馈风机锁相环振荡机理；提出了一种基于相位补偿的风电机组阻尼控制器来抑制锁相环振荡；并且提出了一种基于储能改善低电压穿越期间风电场注入电流特性的致稳策略。对于光伏并网而言，提出了基于矢量仿真的分布式最大功率点跟踪（DMPPT）系统模型搭建方法，进而对含大规模直流优化器的光伏并网电站小干扰稳定分析；并提出了一种基于自适应动态规划的光伏电站广域阻尼控制方法。最后针对含风电和光伏的电力系统提出了一种基于数据驱动的风光电站自适应广域阻尼协调控制器，同时提出了自适应时滞补偿器以有效补偿广域信号中的随机时滞。最终形成了一套完善的含多类型间歇性可再生能源的电力系统概率小扰动稳定分析与控制设计理论，为实际工程应用奠定理论基础。