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风电接入对电网小干扰稳定性的影响机理分析

排列3 www.jeimw.cn 小干扰稳定性的作用原理一般来说是根据发电机转矩的特性以及转子的运 动方程来判定的。目前公认的是,当电力系统被施加一个小干扰后如果无法保 持稳定,那么主要会表现为以下两种形式:由于阻尼转矩匮乏系统呈现弱阻尼 或负阻尼,转子角振荡的幅度不断增大;因同步转矩的匮乏,发电机功角一直 变大。在实际应用的电力网络中,电力系统小干扰失稳通常是前者引起的低频 振荡。 目前,对大规模电网小干扰稳定性的研究方法一般沿用李雅普诺夫 (Lyaponov)的局部线性化系统理论。

简单来说,就是非线性化的系统在某一 个有限小区间内的一些行为应该和将它线性化之后的系统的特性相一致。所以, 当研究含有非线性元件的大型网络的小干扰稳定性时,可以依据李雅普诺夫的 线性化理论,将非线性网络先转化为局部特性相同的线性化的网络再来研究其 稳定性。 首先对于稳态的运行点 0 x ,对其转化为局部线性化的形式,即将各状 态量转化为参考值与微增量加和的形式。下面简要介绍一下核心理论,其具体 的研究方法可见文献 [52] 。 初始的非线性系统形式如下:利用上述李雅普诺夫理论局部线性化处理式(3-1),由于要研究大电网的 小干扰稳定性,所以要将上式写成矩阵形式,可以得到: 上式中, x 为由由状态向量组成的 n阶列向量, y 是由输出变量组成的 m 阶列向量, u 为由输入变量向量组成的 r 阶列向量,A 为网络的 n n阶状态方 阵, B 由控制量组成的 n r阶矩阵,C为由输出量组成的 m n阶矩阵,D 为由 反馈量组成的 n r阶矩阵。 用特征值法分析小干扰稳定性的核心就是求出状态方阵 A 的特征根 , n , ,, 12 ,并且 iii j 。由自动控制理论中的劳斯判据可知,一个 稳定得系统,其所有特征值必须都在复平面左半面,即特征值的实部部分 0 i 。系统低频振荡的频率以及阻尼比可由以下公式求出。

假设一个网络有 X 台同步电机,另一个网络有 Y 台同步电机,则当两个网 络相连在一起时,新的含有 X+Y 台同步电机的网络会有 X+Y-1 个机电振荡的模 式,这较之单纯的将两个网络振荡的模式加起来要新增一个振荡的模式。网络 相连而产生的机电振荡的模式叫做区域振荡模式,其振荡的频率在 0.1 赫兹到 0.7 赫兹之间。而在两个网络相连之前,其固有机电振荡的模式叫做局部振荡模 式,其振荡的频率在 0.7 赫兹到 2 赫兹之间 [53] 每个 i 都有其左特征向量 i 以及右特征向量 i ,左特征向量主要与振幅有 关,右特征向量中含有与转速相对应的分量,可以区分不同的模态。用两个特 征向量的乘积构成参与因子矩阵 P,如式(3-5)所示。 当 DFIG 风电场大规模接入电网时,此时的小干扰稳定性分析机理有所改 变。根据前文所述,根据上章 2.3 节所述 DFIG 适合小干扰稳定分析的简化模型, 将 DFIG 的数学模型接入电网后,此时的变化后的网络状态方阵 A ~ 为式(3-2) 中 A、B、C、D 和风电场的导纳矩阵 Y wind 经过运算得来的,如式(3-7)所示。 ~ 1 wind B( ) A A Y D C (3-7) 其中 A ~ 的相关特征值和特征向量同样反映风电接入后网络低频振荡的性 质,与上文所述 A 的机理完全一致。

 

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