双馈风机的动态全过程简化建模及对电力系统暂态稳定性的影响研究

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风力发电是传统能源结构向绿色低碳转型升级的重要途径,然而由于风电机组往往通过变换器柔性并网且控制系统复杂。与同步发电机主导的电力系统相比,大规模风电并网的电力系统具有高阶、非线性、多时间尺度等特点,其稳定性问题也更加复杂。时域仿真是分析电力系统稳定性的重要技术手段。由于开发背景和使用目的不同,不同仿真软件提供的双馈风机模型存在一定差异,而模型差异导致的仿真偏差将对电力系统运行控制与决策的正确性产生重要影响。因此,对不同仿真软件进行模型对比与研究具有重要的工程应用价值与实际意义。本文对PSASP的8型双馈直驱通用模型与DIg SILENT中的双馈风机通用模型进行对比。分析两者在风轮机及控制模型、发电机/变换器及变换器控制模型上的差异,根据模型差异设置相应的仿真场景,通过仿真对比两种软件双馈风机输出特性的不同,进而研究两种软件双馈风机模型的特点与适用性,为风电大规模并网仿真分析提供参考,以便选择合适的仿真分析工具。模型复杂、计算量大、仿真时间长等问题给电力系统稳定性分析带来了困难,而现有降阶与简化模型往往存在适用性不足的问题。因此,提出一种通用的简化建模方法,兼顾模型精度和仿真速度是电力系统稳定性分析面临的重大挑战。本文提出一种适用于动态全过程仿真的双馈风机简化建模方法。根据多时间尺度模型简化原理建立双馈风机各控制的动态模型和准稳态模型;从控制参数入手,提出两级轨迹灵敏度分析方法,研究在动态全过程仿真中主导双馈风机输出特性的关键控制;提出一种模型切换控制策略,根据两级轨迹灵敏度分析结果,通过设置阈值建立可调节的模型切换判据,在动态全过程仿真中分时调用各控制的动态模型和准稳态模型,在保证模型精度的同时实现模型的降阶和简化。大规模风电接入给电力系统暂态稳定性带来了很大的冲击,现有文献对暂态稳定性影响因素的分析并没有统一的结论。本文将风电大规模接入的电力系统等值为扩展双机系统,推导风机接入前后同步发电机的功角摇摆方程,分析同步发电机功角摇摆方向的变化,根据功角摇摆方向变化设计仿真场景,分别对风机接入位置、同步发电机出力变化、风电接入比例三种因素进行仿真,对风电接入对暂态稳定性的影响进行研究与分析。
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