提高电力系统暂态稳定性的大型风电场低电压穿越技术研究

With wind power capacity enlarging constantly, the impact of wind operation towards power system stability is unignorable. Low voltage ride through for wind farms will have a certain influence on power system transient stability. In order to improve power system transient stability and ensure the system safe operation, it is needed to develop the approaches to analyze the transient stability of power system with wind farms, study the relationship between low voltage ride through and transient stability and analyze the impact of different ride through capability on transient stability. Based on equal area criteria, the new technique scheme of low voltage ride through for large wind farms which could facilitate power system transient stability will be developed from the aspect of reducing the acceleration area or increasing the deceleration area according to different modes of low voltage ride through. The project working includes: analyzing the impact of crowbar working time on power system transient stability and researching on improved crowbar circuit to reduce the impacts of crowbar long-time working on power system transient stability; researching on the comprehensive scheme to coordinate low voltage ride through among multi wind farms in order to avoid adverse effects of crowbar chained action on power system transient stability; researching on effective control strategies which can provide power support to decrease the voltage reduction level and recovery time. The new techniques proposed could ensure wind turbine riding through faults and improve power system transient stability at the same time.

随着风电场装机容量的不断增加，风电场的运行对系统稳定性的影响不容忽视。大型风电场的低电压穿越会对电力系统暂态稳定性产生一定的影响，为了提高系统暂态稳定性，确保系统安全运行，需要研究含风电场的电力系统暂态稳定性分析方法，分析风电场低电压穿越与系统暂态稳定性的关系，以及穿越能力的不同对系统暂态稳定性的影响。基于等面积定则，从减小加速面积和增大减速面积的角度，按照低电压穿越的不同实现方式，研究提高电力系统暂态稳定性的风电场低电压穿越新技术方案。分析风机撬棒投入时间对系统暂态稳定的影响，研究改进型的撬棒电路以解决撬棒长时间投入对系统暂态稳定的危害；研究多风电场低电压穿越协调综合方案，避免风机撬棒的连锁投切对系统暂态稳定的不利影响；研究有效的控制策略提供功率支持，减少故障时电压降低的程度和故障切除后电压恢复的速度。所研究的低电压穿越新技术，在风电场穿越故障的同时能够提高电力系统的暂态稳定性。

随着风电装机容量的不断增加，风电在电力系统中的地位发生了转变，对系统稳定性的影响变得不容忽视。本项目围绕双馈风机在系统故障时低电压穿越特性和对电力系统暂态稳定性的影响方面展开了相关研究，已顺利完成既定的研究目标，核心内容包括两方面：.在分析双馈风机故障暂态特性的基础上，从硬软件两方面提出提高风电机组低电压穿越性能的技术方法。针对传统转子Crowbar电路难以兼顾抑制转子过电流和直流母线过电压的矛盾，提出一种动态调整撬棒阻值的穿越方法以保证故障期间双馈风机始终运行在安全范围内；针对传统Crowbar切除方式容易造成Crowbar投入时间过长且反复投切的不足，提出一种撬棒自适应切除控制策略，减小了从系统吸收的无功功率并延长了Crowbar投切设备的寿命；为改善风电机组在故障期间的无功输出能力以支持网侧电压恢复，提出了一种定子串联动态电抗的综合低压穿越方案，在有效抑制了转子电流峰值的前提下，能够向电网提供功率支持，达到满足电力系统对风电机组并网的低电压穿越要求。.对于含风电场电力系统暂态稳定性的分析问题，提出了含双馈风力发电场的多机系统暂态功角稳定性的理论分析方法，通过将风电场对外功率输出信息糅入同步机节点导纳矩阵，使得风电场对系统功角的影响转化为对同步机之间电气联系的影响，为含风电场电力系统暂态稳定性的研究提供了量化分析途径。利用电力系统补偿装置的协调控制，提出一种联合风机和超导储能装置提高系统暂态稳定性的方法，依据理论推导出的风机接入位置及对外输出特性与系统暂态稳定的关系，给出考虑系统等值功角随时间的变化情况和风机并网位置的超导储能控制方案，达到提高系统暂态稳定性目的。.本项目的研究成果丰富，所提出的分析含风电场电力系统暂态稳定性的理论方法和有利于系统暂态稳定性的低电压穿越技术，为新能源电力系统领域的深化研究提供了坚实的基础。