[发明专利]一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法

说明书

本发明公开了一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，包括：揭示双馈风电场通过向电网输送有功、无功功率与同步机进行电气交互从而影响同步机功角的互同步性的原理，并将双馈风机的对外输出的功率特性用并联接地导纳反映；对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，将双馈风机包含的有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，即将双馈风机对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变；根据收缩处理后的结果，结合节点注入电流公式与扩展等面积定则，分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性。

技术领域

本发明涉及电力系统暂态稳定性分析领域，尤其涉及一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法。

背景技术

风力发电是目前解决能源危机和环境问题的主要手段之一。我国风力发电产业发展极为迅速，总装机容量不断提高。风电场的大规模接入对电力系统原有的暂态稳定造成极大影响，有必要对含风电场的电力系统暂态稳定性进行理论分析研究。

目前已有不少关于风电场对电力系统暂态稳定性影响的分析研究，并取得了一定的成果。基于时域仿真分析法主要涉及的研究包括：通过仿真对比双馈风机(DFIG)分别采用恒功率因数控制和恒电压控制下同步机的功角稳定性^[1]；通过分析风电场不同出力水平下系统的极限切除时间来体现风电场接入对系统稳定性能的影响^[2]；通过用DFIG代替同步机，并仿真计算暂态稳定指数来分析DFIG对系统暂态稳定是否有利^[3]。这些研究通常是基于时域仿真分析得出对系统暂态稳定性影响的规律，但是缺乏对所得结论的理论支撑。

也有采用直接法对含风电场电力系统的暂态稳定进行分析的。有的研究采用直流潮流模型对含有DFIG的双机系统进行简化，将DFIG视为有功功率注入源，分析DFIG不同接入位置对两台同步机各自机械功率的影响^[4,5]。有的研究将DFIG故障前后有功无功特性等效为恒阻抗，通过等面积定则分析接入该恒阻抗后单机无穷大系统功角特性的变化^[6,7]。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有研究中至少存在以下缺点和不足：

(1)现有研究多以对比风电场接入前后同步机的功角稳定性为目标，其本质上是将风电场看作是具有固定输出特性的设备，来分析其接入对系统稳定裕度产生的影响，而没有全面考虑风电机组在故障期间的暂态响应变化特性对同步机功角的影响；

(2)目前主要是针对单机无穷大或等值双机系统展开研究的，而实际电力系统多是由多台同步机组成，稳定性的分析主要看各同步机之间的功角互同步性，而以单机或双机系统作为研究对象将无法真实反映实际多机系统同步机之间的稳定性，因此研究含风电场的多机系统稳定性分析方法更具有现实意义；

(3)风电机组要求具备低电压穿越(LVRT)能力，采用不同的LVRT措施的风电机组在故障期间暂态响应不同，对同步机的电磁功率和功角造成的影响也会相应变化，而现有研究未考虑DFIG在故障期间暂态响应变化。

参考文献

[1]Vittal E，O'Malley M，Keane A.Rotor angle stability with highpenetrations of wind generation[J].IEEE Trans.on Power Systems，2012，27(1)：353-362.

[2]张明理，徐建源，李佳珏.含高渗透率风电的送端系统电网暂态稳定研究[J].电网技术，2013，37(3)：740-745.