用于系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定性分析的內(nèi)電勢運動方程建模方法及裝備動態(tài)特性研究.pdf

1、在保障能源安全、保護生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對氣候變化的驅(qū)動下，大量的可再生能源發(fā)電、高壓直流輸電以及電力電子負荷接入電力系統(tǒng)中。我國電力系統(tǒng)正不可避免地面臨著電力電子化的趨勢。電力電子裝備在序貫控制下所體現(xiàn)的多時間尺度特性決定了系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定問題也可以分為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、直流電壓和交流電流控制時間尺度。在電力電子化電力系統(tǒng)中，由于電力電子裝備復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)以及局部不理想的電網(wǎng)條件，使得所面對的系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定問題變得異常嚴峻，國內(nèi)外電網(wǎng)的實

2、際運行中都曾出現(xiàn)過大量與電壓動態(tài)穩(wěn)定相關(guān)的事故發(fā)生。對電力裝備建立適用于系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定分析的模型并分析其系統(tǒng)行為的動態(tài)特性具有重要的現(xiàn)實意義和實踐意義。本文回顧了適用于系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定分析的裝備模型建模和分析方法的研究現(xiàn)狀，并總結(jié)了現(xiàn)階段對于電力裝備動態(tài)特性描述和分析的不足。認為過去的建模工作普遍存在特殊化、數(shù)學(xué)化和結(jié)構(gòu)化的特點，難于適應(yīng)未來復(fù)雜系統(tǒng)的動態(tài)電壓穩(wěn)定研究。因此，本文提出了幅相運動方程的概念，并利用內(nèi)電勢表示裝備在系統(tǒng)運行

3、中的狀態(tài)，進而提出了基于幅相運動方程的電力裝備的建模方法。從本質(zhì)上來講就是將裝備的動態(tài)特性用輸入/輸出不平衡無功/有功功率與內(nèi)電勢幅值/相位關(guān)系來表示。這種建模方法從系統(tǒng)具體問題出發(fā)，是一種普適的物理化描述裝備系統(tǒng)行為動態(tài)特性的方法?；诜噙\動方程，本文分別給出了幅值和相位運動的物理化解釋，并分析了裝備內(nèi)電勢幅值-相位運動的機理及相關(guān)影響因素。本文還簡單探索了線路傳輸無功功率的特性對系統(tǒng)動態(tài)電壓幅值穩(wěn)定的影響。在交流電流控制時間尺度，

4、本文選擇在靜止坐標系對裝備進行建模，并研究分析了系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定的影響因素。
　　具體內(nèi)容分為以下幾個方面：
　?。?）介紹了電力電子裝備序貫控制的特性，以及電力電子化電力系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定問題所具有的多時間尺度特性。同時將動態(tài)電壓穩(wěn)定問題根據(jù)裝備典型控制環(huán)路帶寬及對應(yīng)的儲能元件大小分為：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制時間尺度、直流電壓控制時間尺度和交流電流控制時間尺度。進而從時間尺度、擾動特征和研究場景三個維度形成了系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定分析的研究

5、思路。
　?。?）選擇裝備內(nèi)電勢表征其在系統(tǒng)中運行狀態(tài)，并提出幅相運動方程的概念用于對裝備系統(tǒng)行為的動態(tài)特性進行描述，即將裝備系統(tǒng)行為動態(tài)特性描述為輸入/輸出不平衡無功/有功功率與內(nèi)電勢幅值/相位的關(guān)系。同時本文在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制時間尺度下以同步發(fā)電機和雙饋風(fēng)機為例，在直流電壓時間尺度下以直驅(qū)風(fēng)機為例，給出了兩個時間尺度下電力裝備的具體建模方法。在單機并入電網(wǎng)的場景中，通過時域仿真以及特征根分析對比，驗證了所提出的電力裝備模型的準確性

6、和合理性。最后總結(jié)歸納了基于幅相運動方程的電力裝備建模的一般方法和步驟。
　　（3）將裝備內(nèi)電勢幅值運動類比為實際物理系統(tǒng)中電容器電壓變化，內(nèi)電勢相位運動類比為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中位置的變化，從而賦予裝備內(nèi)電勢幅值/相位的運動以物理意義。介紹了虛擬電容器的時變?nèi)菘固匦?，并簡單分析了其對多同步發(fā)電機系統(tǒng)動態(tài)無功功率分配的影響。在單臺雙饋風(fēng)機并網(wǎng)的場景中解釋了裝備內(nèi)電勢幅值-相位運動機理，并分析了裝備控制器參數(shù)對內(nèi)電勢幅值-相位動態(tài)特性的影響。