大规模新能源并网系统的短路比分析与优化规划

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新能源发电场经过电力电子变流器并入交流电网,形成了高比例接入新能源的新型交流电力网络。与以同步机为主导的传统交流电网相比,这种新型电力网络具有高灵活控制性能以及快速响应的特点。但是由于电力电子装置缺少同步机的机械惯性,抗扰动性能较差,使得接有新能源的交流电网电气强度变弱。特别是当有大规模新能源发电场并入交流电网时,新能源机组与交流电网之间以及新能源机组之间会发生复杂的耦合关系,由此会引发一系列振荡问题。这些问题会导致新能源机组脱机、损坏电网中电气设备,带来财产损失以及安全隐患,阻碍了新能源发电的发展。所以如何科学的评估新型电力网络的电气强度,是急需解决的问题。短路比被广泛用于描述直流系统的静态稳定性,现在被推广应用到分析新能源并网交流系统的稳定性。通过对并网点的短路比参数进行分析计算,可以评估并网点的电气强度。本文用阻抗分析的方法对短路比进行研究,提出了以短路比稳定约束临界值为限制的并网容量优化方法,编写了短路比计算程序,另外进行了小干扰稳定性实验,验证了以短路比分析并网系统失稳风险的科学性。本文的主要研究内容以及成果如下:针对目前新能源并网系统容易出现不稳定问题的现状,调研总结国内外对该问题的研究进展,了解现阶段的主要解决技术手段,对不同的解决方案进行总结。着重关注我国现阶段新能源并网系统存在的稳定性问题,针对该问题综合考虑现有的解决方案,确立了本文的主要工作内容以及意义。首先,运用阻抗分析方法,建立新能源并网系统阻抗模型。根据并网逆变器控制模型,推导出并网逆变器阻抗表达式。其次,引入短路比的概念评估新能源并网系统运行的失稳风险,从阻抗角度验证了用短路比分析系统振荡风险的有效性。对于多场站并入同一交流电网的情况,引入多馈入系统等效短路比的概念,考虑机组之间以及机组和电网之间的耦合关系计算等效短路比,将多馈入系统的短路比等效为单馈入系统的短路比,用于分析多机并网系统稳定性。接着,对单机并网系统以及多机并网系统建模分析,通过分析临界状态下的系统稳定性,来确定系统的短路比稳定约束临界值。在新能源控制和接入电网的条件给定的前提下,确定最大的并网容量,得出短路比可以作为衡量系统稳定性指标的结论。最后,以短路比稳定约束临界值为约束条件,同时考虑风机同时率、是否有调相机等因素对并网容量的影响,编写了计算程序进行新能源系统并网容量的计算,最终提出考虑以短路比为约束的新能源并网容量规划优化方案。
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