含风电场的电力系统静态电压稳定性分析开题报告

1、燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：含风电场的电力系统静态电压稳定性研究学院（系）电气工程学院年级专业：09级电气工程及其自动化学生姓名：指导教师： 完成日期：3月25日一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 风能是一种于净的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界 的矿物燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和 利用而减少，因此也可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源;随着世界各 国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注，认为大规模利用风力发 电是减少空气污染、减少有害气体排放量的有效措施之一。德国、丹麦、西 班牙、英国、荷兰飞瑞典、印度、加拿

2、大等国在风力发电技术的研究与应用 中投入了相当大的人力及资金，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机 组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。在 此基础上，许多国家建立了众多的中型及大型风力发电场，并形成了一整套 有关风力发电场的规划方法、运行管理与维护方式、投融资方式、国家扶持 的优惠政策及规范、法规等。欧洲到中世纪才广泛利用风能，荷兰人发展了 水平轴的风车，18 世纪荷兰曾利用近万座风车将海堤内的水排干，造出的 良田相当于国土面积的三分之一，成了著名的风车之国。这种风车在欧洲大 陆和英国的乡村是很普遍的，成为机械能的主要来源。风力机经过 2000 年的发展过程，现在

3、已有很多种型式，其中有的是老 式风力机，现在不再使用;有的是现代风力机，正为人们广泛利用;有的正在 研究之中。尽管风力机的型式各异，但它们的工作原理是相同的，即利用风 轮从风中吸收能量，然后再转变成其他形式的能量。当今使用较多的是双馈风电机组。在双馈风电机组中，发电机转子与风 力机之间通过齿轮箱耦合，定子绕组直接与电网相连，转子绕组由连接到电 网上的部分功率变流器进行交流励磁。双馈风电机组通过变流器实现发电机 有功、无功功率解耦控制，不仅使风电机组具有变速运行的特性，提高风电 机组的风能转换效率，而且使风电场的功率因数可以调节，改善风电并网系 统的电压稳定性。本文进行的研究主要根据双馈发电机组

4、来研究含风电场的电力系统静 态电压稳定性的论文。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题双馈风电机组稳态计算模型；双馈风电机组采用双馈感应发电机。设用n、ns、s和f1分别表示双馈感应发电机的转子转速、同步转速、转差率和工频频率，则有s = ns - n / ns。 由于转速n是变化的，在转子的三相对称绕组中通入频率为f1xs的电流，将 产生转速n2的旋转磁场，其中n2 = 60 f1 X s / p， p为极对数，则相对于定子绕 组，转子电流所产生的旋转磁场相对转速为n 士 n=n。因而，在转子变速运 行情况下，定子绕组仍能产生固定频率的电能。根据双馈感应发电机转子转速的变化，双馈感应发电机有三

5、种运行状态：亚同步运行状态，此时n n速的变化，双馈感应发电机有三种运行状态：亚同步运行状态，此时n n ；同步运行状态，此时nns。双馈感应发电机的静态模型定子回路和转子回路电压方程分别为:(r + jx )+C + i )jxrmuj = is s s s sUr sr ( r ) i F + jx srs 丿+ i +1 jxs r m(1)其中，Us为定子端电压,is为定子电流，U为转子绕组外接电源的电压,ir为转子电流，rs和Xs分别为定子绕组的电阻和电抗，rr和Xr分别为转子绕组的电阻和电抗，s为转差率。根据式(1)可得双馈感应发电机稳态等值电路，如图 1 所示。图中 im为励磁电

6、流，E为感应电动势。图 1 双馈感应发电机稳态等值电路由图 1 可知：E U i(R + jX )Ossss(2)i EO / jxmOm(3)i i irm s(4)U sEO+ i (R + jsX )rO r rr(5)式中，定子电压Us、定子电流与转子电压Ur、转子电流ir有关，通过 控制转子侧的电压、电流可以控制定子的有功功率与无功功率。双馈风电机 组的励磁控制系统有两种控制模式：恒电压控制模式和恒功率因数控制模式。恒电压控制模式可以使风电机组有一定的无功调节能力，能够在一定程 度内维持机端电压稳定，但是这种控制模式结构复杂，而且风电机组的无功 调节能力非常有限，目前双馈式风电机组很

7、少采用这种控制模式，而采用恒 功率因数控制模式。在稳态运行方式下，恒功率因数控制模式可以使风电机 组的功率因数维持在 1.0 附近，即从电网角度看，风电机组在发出有功功率 的同时基本不吸收无功功率。含双馈风电机组的电力系统潮流计算； 目前双馈风电机组大多采用恒功率因数控制模式，故本文仅讨论该控制 模式下含双馈风电机组的电力系统潮流计算。双馈感应发电机注入系统总有功功率 Pe 由定子绕组发出的有功功率 Ps 和转子绕组发出或吸收的有功功率pr两部分组成。风电机组处于超同步运行 时，转子转速高于同步转速，转子绕组发出有功功率；风电机组处于亚同步rrx2s S + Q2 丿2rx小r |U |rrx

8、2s S + Q2 丿2rx小r |U |2P. + rsQ sP +r * -r一2 I口 12x 2-x 2mmQ）x2 U 2m s（6）式中，xss = xs + xm。则双馈感应发电机注入系统总有功功率为P = P + P e s rr x2 P: r ss sss s+ QJ 2rx(, r U 2+ fQ +(1 s)P +- x2 U I2x2ssx2msmm(7)双馈感应发电机的无功功率Qe也是由两部分组成，一部分是发电机定子侧 发出或吸收的无功功率Qs，另一部分是变流器在发电机转子侧吸收的无功 功率Qr组成。调节转子外加电源电压的幅值和相角，可以改变定子侧发出 或吸收的无功

9、功率的大小。变流器在发电机转子侧发出或吸收的无功功率 Qr相对较小，可以忽略，因而双馈风电机组的无功功率Qe可以近似为定子绕组的无功功率Qs。若风电机组功率因数设定值为cos9，则有:Q = Q = P - tan 申e s s(8)代入式(7)，得：r x2 P2=r x2 P2=rsssx 2 U 2m s2 ) r U I2 + tan2“+宀s -x2m2r x tan9rssx2m、s Ps 丿(9)含双馈风电机组的电力系统潮流计算步骤如下：设定风速、风电场电压初值U ；根据双馈发电机风速功率曲线得 Pe；根据式(7) 计算转差率 s ；根据式(9)计算Ps，从而根据式(8),得Qe

10、 ；将Pe、Qe以PQ节点形式代入，计算出风电场母线电压Us，判定 电压之差是否在设定的误差范围内，即Us U； ；若U.：主Us，则令Us = 三、研究步骤、方法及措施应用 P-V 曲线法研究含风电场的电力系统静态电压稳定性.连续潮流 分析法就是 P-V 曲线逐步追踪极限点的方法，它在电力系统静态稳定性研究 方面有着广泛的应用。连续潮流分析法可以克服潮流方程在接近稳定极限运 + I )，返回到步骤继续执行步骤 ,直到Us- 三、研究步骤、方法及措施应用 P-V 曲线法研究含风电场的电力系统静态电压稳定性.连续潮流 分析法就是 P-V 曲线逐步追踪极限点的方法，它在电力系统静态稳定性研究 方面

11、有着广泛的应用。连续潮流分析法可以克服潮流方程在接近稳定极限运得到U的最终计算值，代入式(9)，求得Ps、Pr。行状态时的收敛问题。当系统某一参数连续改变时，连续潮流算法可以跟踪 系统状态的变化，从而得到系统的定常解曲线。连续潮流法计算步骤如图2所示。从已知的解（A）开始，以一个切线 预报来估计对于一个规定P增长方式的解（B），然后校正步，利用常规潮流 法（系统P值不变）解出准确解（C）;当P进一步增长时，根据新的切线预 报电压值。如果新的估计P值超出了准确解的Pmax，则以P值固定的校正计 算就不会收敛。因此采用固定监控点电压的校正（水平校正）计算来求准确 解（E）。当接近电压稳定极限时，为

12、了确定准确的Pmax，在连续预报期间， AP应逐步减少。连续潮流的优点为鲁棒性强，缺点为计算时间较长。为同时解决收敛性 和计算时间问题，本文在计算中采用了常规潮流求解与连续潮流分析相结合 的方法，即从初始运行方式开始，用常规潮流法求解，直到不能收敛为止， 再采用连续潮流法计算。四、研究工作进度1、14 周：查找相关资料， 课题研究背景与现状；掌握一种电力系统 仿真软件的使用方法。2、58 周：掌握双馈风电机组稳态计算模型；3、912 周：含双馈风电机组的电力系统潮流计算；4、1316 周：应用 P-V 曲线法研究含风电场的电力系统静态电压稳定 性；5、1718 周：整理论文思路并撰写论文，绘图

13、、准备答辩；五、主要参考文献1 王承煦， 张源。 风力发电。 中国电力出版社周双喜，朱凌志，郭锡玖等。电力系统电压稳定性及其控制M.北京: 中国电力出版社， 2004Brucoli M., Scala M.L., Torelli F. A Probabilistic Approach to the VoltageStability Analysis of Interconnected Power Systens, Electric Power Systems Research,10（1986）:157-166张义斌，王伟胜,戴慧珠。基于P-V曲线的风电场接入系统稳态分析J。 电网技术， 200

14、8， 28（23）: 61-65周双喜 主编。电力系统电压稳定性及其控制（上）。中国电力出版社吴义纯。含风电场的电力系统潮流计算 。华北电力硕士论文江岳文。含风电场电力系统的潮流计算。浙江大学博士论文CIGRE Task Foree 38.02.10.Modeling of voltage collapse ineludong dynamic phenomena. CIGRE Brochure No.75,1993任丽亚 张建东等。风力发电对电网的影响研究。中国电力出版社卢远。含风电场的电力系统最优潮流算法综述。电网科技李俊峰。 2008 中国风电发展报告。中国电力出版社Fengquan Zh

15、ou,Joos G, Abbey C.Voltage stability in weak connection wind farm, Power engineering society General meeting.IEEE;Vol.2,jun 12-16,san Fransco, USA.2005;1483-1488高粱。风力发电机组的控制技术。浙江大学硕士学位论文张新房。风力发电技术的发展及若干问题。西安科技大学硕士学位论 文王海超。含风电场电力系统电压稳定裕度模型。东北大学硕士学位论 文Holdsworth L.,Wu X.G, Ekanayke J.B. et al. Compari

16、son of fixed spped and doubly-fed induction wind turbines during power syetem disturbances.Generation,Transmission and Distribution,IEE Proceedings,May 2003,Vol.150,Issue 3;343-352申洪。基于电力系统暂态稳定分析的风电场穿透功率极限计算。西安 科技大学硕士学位论文戴剑锋。基于负荷裕度随机特性的电压失稳概率问题研究。华北电力硕士学位论文雷亚洲。与风电并网相关的研究课题。浙江大学硕士学位论文六、指导教师意见指导教师签字：年月日七、系级教学单位审核意见：审查结果： 通过 完善后通过 未通过负责人签字：年月日3.应用 P-V 曲线法研究含风电场的电力系统静态电压稳定性；P-V 曲线法是