用于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性分析的內(nèi)電勢(shì)運(yùn)動(dòng)方程建模方法及裝備動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、在保障能源安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)氣候變化的驅(qū)動(dòng)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(fù)荷接入電力系統(tǒng)中。我國(guó)電力系統(tǒng)正不可避免地面臨著電力電子化的趨勢(shì)。電力電子裝備在序貫控制下所體現(xiàn)的多時(shí)間尺度特性決定了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題也可以分為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、直流電壓和交流電流控制時(shí)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(duì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題變得異常嚴(yán)峻，國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)的實(shí)

2、際運(yùn)行中都曾出現(xiàn)過(guò)大量與電壓動(dòng)態(tài)穩(wěn)定相關(guān)的事故發(fā)生。對(duì)電力裝備建立適用于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析的模型并分析其系統(tǒng)行為的動(dòng)態(tài)特性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)踐意義。本文回顧了適用于系統(tǒng)動(dòng)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(duì)于電力裝備動(dòng)態(tài)特性描述和分析的不足。認(rèn)為過(guò)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(diǎn)，難于適應(yīng)未來(lái)復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定研究。因此，本文提出了幅相運(yùn)動(dòng)方程的概念，并利用內(nèi)電勢(shì)表示裝備在系統(tǒng)運(yùn)行

3、中的狀態(tài)，進(jìn)而提出了基于幅相運(yùn)動(dòng)方程的電力裝備的建模方法。從本質(zhì)上來(lái)講就是將裝備的動(dòng)態(tài)特性用輸入/輸出不平衡無(wú)功/有功功率與內(nèi)電勢(shì)幅值/相位關(guān)系來(lái)表示。這種建模方法從系統(tǒng)具體問(wèn)題出發(fā)，是一種普適的物理化描述裝備系統(tǒng)行為動(dòng)態(tài)特性的方法。基于幅相運(yùn)動(dòng)方程，本文分別給出了幅值和相位運(yùn)動(dòng)的物理化解釋，并分析了裝備內(nèi)電勢(shì)幅值-相位運(yùn)動(dòng)的機(jī)理及相關(guān)影響因素。本文還簡(jiǎn)單探索了線路傳輸無(wú)功功率的特性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓幅值穩(wěn)定的影響。在交流電流控制時(shí)間尺度，

4、本文選擇在靜止坐標(biāo)系對(duì)裝備進(jìn)行建模，并研究分析了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定的影響因素。
　　具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)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(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題所具有的多時(shí)間尺度特性。同時(shí)將動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題根據(jù)裝備典型控制環(huán)路帶寬及對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能元件大小分為：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制時(shí)間尺度、直流電壓控制時(shí)間尺度和交流電流控制時(shí)間尺度。進(jìn)而從時(shí)間尺度、擾動(dòng)特征和研究場(chǎng)景三個(gè)維度形成了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析的研究

5、思路。
　　（2）選擇裝備內(nèi)電勢(shì)表征其在系統(tǒng)中運(yùn)行狀態(tài)，并提出幅相運(yùn)動(dòng)方程的概念用于對(duì)裝備系統(tǒng)行為的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行描述，即將裝備系統(tǒng)行為動(dòng)態(tài)特性描述為輸入/輸出不平衡無(wú)功/有功功率與內(nèi)電勢(shì)幅值/相位的關(guān)系。同時(shí)本文在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制時(shí)間尺度下以同步發(fā)電機(jī)和雙饋風(fēng)機(jī)為例，在直流電壓時(shí)間尺度下以直驅(qū)風(fēng)機(jī)為例，給出了兩個(gè)時(shí)間尺度下電力裝備的具體建模方法。在單機(jī)并入電網(wǎng)的場(chǎng)景中，通過(guò)時(shí)域仿真以及特征根分析對(duì)比，驗(yàn)證了所提出的電力裝備模型的準(zhǔn)確性

6、和合理性。最后總結(jié)歸納了基于幅相運(yùn)動(dòng)方程的電力裝備建模的一般方法和步驟。
　?。?）將裝備內(nèi)電勢(shì)幅值運(yùn)動(dòng)類比為實(shí)際物理系統(tǒng)中電容器電壓變化，內(nèi)電勢(shì)相位運(yùn)動(dòng)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(shì)幅值/相位的運(yùn)動(dòng)以物理意義。介紹了虛擬電容器的時(shí)變?nèi)菘固匦?，并?jiǎn)單分析了其對(duì)多同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率分配的影響。在單臺(tái)雙饋風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的場(chǎng)景中解釋了裝備內(nèi)電勢(shì)幅值-相位運(yùn)動(dòng)機(jī)理，并分析了裝備控制器參數(shù)對(duì)內(nèi)電勢(shì)幅值-相位動(dòng)態(tài)特性的影響。