多运行方式下含风电场电力系统小干扰稳定统计分析与改善方法研究

在能源与环境问题日益受到关注的情况下，越来越多的大型风电场接入电力系统，使得大电网区域间与区域内的弱阻尼问题更显得突出，因此需要对这种复杂的电力系统进行小干扰稳定分析，提高系统阻尼。风速具有随机性，并且电力系统一直处于运行状态的变化中，但目前尚没有方法来评估含有多个风电场、多运行状态下复杂电力系统小干扰稳定的统计属性。而且现有的单运行方式下的研究也仅停留在评估含风电场电力系统小干扰稳定性方面，还很少有人提出改善该系统小干扰稳定的方法。因此，本项目1，将采用灵活的建模技术PMT法来构建含风力发电机的多机系统模型；2，用概率法描述风速和系统的多运行方式；3，研究并建立含风电场电力系统概率潮流法，概率特征根/灵敏度法,即分析系统小干扰稳定的统计属性；4，提出改善系统阻尼与小干扰稳定的方法。.本项目将建立含风电场电力系统小干扰稳定的统计分析新方法，研究结果有助于降低电力系统发生低频振荡的概率。

大区域电网的互联互通是实现电能在更大范围内经济高效应用的有效手段，因此作为影响互联大电网系统安全稳定运行的电力系统小干扰稳定性问题也日益受到人们关注。随着风力发电在技术上的不断进步，风电在接入电力系统的规模、电压等级和所占比例不断提高，其对电网的影响范围也从局部逐渐向全网扩大。为了考虑系统的多运行方式，本文采用概率方法来研究由双馈感应风力发电机组（DFIG）组成的风电场接入电力系统后对系统小干扰稳定性的影响，并提出了改善措施。.(1) 采用插入式建模方法（PMT）建立了可应用于电力系统小干扰稳定分析的电力系统网络、负荷、同步发电机组和DFIG风电机组完整模型。特别是双馈感应风力发电机组部分，详细推导和建立了适应于小干扰稳定分析的机电暂态线性化模型，包括了轴系模型、桨距角控制模型、感应发电机模型、交直交变频器模型，以及其他文献较少涉及的最大风能跟踪的风功率模型和完整的变频器控制系统模型。修改和编写了Fortran程序，对单机无穷大系统和一个多机系统进行的计算分析，验证了模型和方法的准确性。DFIG风电机组虽然是异步发电机，但其作为“同步化”了的异步发电机由于控制系统的作用会对同步发电机产生影响。.(2) 将概率方法应用于电力系统小干扰稳定性分析中。首先对系统进行概率潮流计算得到系统状态变量的概率描述，然后应用概率特征根方法对系统进行求解分析。用Fortran语言修改和编写了含风电场电力系统的概率潮流及概率特征根计算程序，并采用程序对两个多机系统进行了分析求解。.(3) 通过对上述算例的分析，由DFIG组成的风电场主要通过以下三个方面影响电力系统的小干扰概率稳定性。风电场输出功率的波动使得机电振荡模态特征值实部的概率分布变的相对分散，这对PSS的参数整定和运行都是极其不利的。.(4) 提出了基于参与因子与中心频率法整定参数的PSS增加了系统各模态的稳定概率，仿真证明本文所提的加入PSS的措施能够明显改善含风电场电力系统的小干扰概率稳定性。