含风电场的电力系统静态电压稳定性分析中期报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）中期报告

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级电力四班

学生姓名：张建春

指导教师：王珺

完成日期： 2013.5.8

一． 毕业设计进展情况

1.已完成部分: (1). 双馈风电机组稳态计算模型已完成；(2).含双馈风电机组的电力系统潮流计算在matlab 程序中已完成；

(3). Matlab 的学习和算例的编程已完成。(注：从开题报告到中期答辩的主要任务)（4）.初步了解p-v 曲线法的含义

2.未完成部分: (1) 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；（2）计算结果的分析与p-v 曲线的进一步学习，

因为大部分时间都花在了matlab 的编程上，因此，对部分知识的掌握还不太熟悉，望老师能够谅解。

二.毕业设计的具体实施方案

1.简介

(1). 双馈风电机组稳态计算模型；

在开题报告的答辩结束之后,我便开始了中期答辩的准备工作,通过查阅文献对双馈风电机组稳态计算模型增加了了解.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:

()()()U s s s s s r m s r r r s r m I r jx I I jx r U I jx I I jx s s ⎧=+++⎪⎨⎛⎫=+++⎪ ⎪⎝⎭⎩

(1) 其中，s U 为定子端电压，s I 为定子电流，r U

为转子绕组外接电源的电压，r I 为转子电流，s r 和s x 分别为定子绕组的电阻和电抗，r r 和r x 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，m I 为励磁电流，E δ 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：

()s s s s

E U I R jX δ=-+ (2) /m m

I E jX δ= (3)

r m s I I I =- (4) ()r r r r U sE I R jsX δ=++ (5)

式中，

定子电压s U 、定子电流s I 与转子电压r U 、转子电流r I 有关.

这个问题与开题报告时的问题与解决方案近似.

(2).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。

图2 连续潮流计算过程示意图

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max P ，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，为了确定准确的max P ，在连续预报期间，

P ∆

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。

双馈感应发电机注入系统总有功功率e P 由定子绕组发出的有功功率s P 和转子绕组发出或吸收的有功功率r P 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运行时，转子转速低于同步转速，转子绕组吸收有功功率；风电机组处于同步运行时，转子转速等于于同步转速，转子绕组既不发出也不吸收有功功率。由式（1）~（5）可以推出，转子绕组的有功功率r P 可用定子绕组有功功率s P 和无功功率s Q 来表示，即

()222

222222r ss s s r s r ss r s s m m m s r x P Q r U r x P Q sP x x x U +=+-+ (6)

式中，ss s m x x x =+。则双馈感应发电机注入系统总有功功率为

()()222

2222221e s r

r ss s s r s r ss s s m m m s P P P r x P Q r U r x Q s P x x x U =++=++-+ (7)

双馈感应发电机的无功功率e Q 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s Q ，另一部分是变流器在发电机转子侧吸收的无功功率r Q 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r Q 相对较小，可以忽略，因而双馈风电机组的无功功率e Q 可以近似为定子绕组的无功功率s Q 。若风电机组功率因数设定值为cos ϕ，则有：

tan e s s Q Q P ϕ==⋅ (8) 代入式(7)，得：

()222222222tan 1tan 1e s r

r s r ss s

r ss s m m m s P P P r U r x P r x s P x x x U ϕϕ=+⎛⎫=++++- ⎪ ⎪⎝⎭

(9) （3）.p-v 曲线法的学习

P-V 曲线：选定负荷和发电机出力的增加方式和方向，决定基态与电压失稳的距离. 通过增加负荷和发电机出力是评价电压稳定最常用的方法.

完整的p-v 曲线可以通过两种方法产生：第一种是通过研究的区域中不断增加负荷并不断增加外部的发电量。第二种方法是不断增加传输界面潮流，即把发电量从受电区域移到外部区域。外部区域电源有限时，可以单独为了建立功率裕度而采用虚拟发电机，这台发电机应当不提供无功功率。这两种方法都是使一个区域逐步紧张起来，即从低负荷或轻的低界面潮流到高负荷或重的界面潮流，从而建立起完整的P 一U 曲线。

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。

本次编程是通过不断增加负荷的方法来建立P 一u 曲线的，其基本步骤如下：

1）选择一个研究区域，这个区域中负荷将逐步地增加，它是容易遭受或认为可能遭受电压崩溃的区域，区域的大小根据实际需要确定。要变化的量是区域内负荷(功率因数不变)和外部发电量。

2）研究的区域中负荷模拟起始大约在预期峰荷的20%左右。这将有利于提供完整P 一U 分析，因为这预料了低于运行点水平下建立P 一v 曲线的问题。在低于运行点时，外部送人区域的发