含风电和直流的电网紧急频率控制研究

作     者：杨龙文 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张凯锋

授予年度：2018年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高压直流输电 风电 紧急频率控制 动作速度 DIgSILENT/PowerFactory 

摘      要：现代电力系统中,风力发电装机容量的不断增加和高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)输电技术的快速发展,在带来巨大效益的同时也给电网带来了一些安全稳定性问题,如大规模风机跳闸,HVDC闭锁等,这些都对电网紧急频率控制提出了新的挑战。同时,在当前电力系统中,可参加紧急控制的资源(紧急频率控制资源)也逐渐多样化,如传统发电机组、风电、HVDC等,但是它们的性能、价格等差异明显。因此,为了提升电网紧急频率控制性能,研究上述资源的协调控制问题显得尤为重要。本文主要的研究内容及成果如下:1、基于电力系统仿真软件DIg SILENT/Power Factory搭建了典型的风电经HVDC外送的两区域仿真系统。分析并推导了火电机组、双馈感应风机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)以及HVDC的基本结构和数学模型,并运用DIg SILENT/Power Factory软件搭建了三者的仿真模型。基于所搭建的仿真系统,研究了火电机组、DFIG以及HVDC对系统频率的控制特性。2、分析研究了不同紧急频率控制资源的动作速度对系统频率的影响。针对直流紧急功率支援、快关汽门以及切机等紧急控制措施,分析研究了每种控制措施的基本原理及其控制模型。基于所推导的电力系统频率响应模型以及资源的有功动作速度模型,分析研究了不同紧急控制措施对系统频率的控制效果。研究表明:动作速度越快的紧急控制措施,越能有效地减缓系统频率上升速率,降低频率峰值。最后,通过仿真验证了上述研究的正确性。3、针对含单类紧急频率控制资源(单种措施)和多类紧急频率控制资源(多种措施)的电网分别提出了紧急频率控制策略。基于所建立的系统有功过剩量模型以及资源等效有功切除量模型,提出了一种计及资源动作速度的单资源紧急控制策略,该策略能够根据系统目标阈值,精确计算资源等效有功切除量,控制系统频率峰值。然后,基于资源的可调容量及其成本,确定了连续资源优先的系统有功分配策略。在此基础上,根据连续资源有功分配策略,提出了计及资源可调量和动作速度的多资源紧急协调控制策略。仿真结果表明,所提出的紧急控制策略能够通过精确计算资源等效有功切除量使得系统频率峰值被控制在目标阈值以下,有效地改善紧急情况下电网频率的动态性能。