风电并网电力系统暂态分析

目录 “智能电网技术与装备丛书”序 序一 序二 前言 绪论 第1章 高比例并网风电与电力系统暂态问题 3 1.1 风电发展现状与趋势 3 1.2 高比例风电并网电力系统的暂态事故与影响 5 1.2.1 典型暂态事故 5 1.2.2 冀北风电脱网事故 5 1.2.3 英国电网大停电事故 6 1.3 风电并网标准及其演化 7 1.3.1 风电并网标准的发展趋势 7 1.3.2 有功功率与频率控制能力 8 1.3.3 故障穿越能力 9 1.4 本书的章节安排 12 参考文献 14 第2章 并网风电控制保护及其多时间尺度暂态响应过程 16 2.1 引言 16 2.2 风电机组的基本组成与功能 16 2.3 电网对称条件下风机的控制保护策略 18 2.3.1 并网风机的常规控制 18 2.3.2 并网风机快速频率响应控制 23 2.3.3 并网风机故障穿越策略 25 2.4 电网不对称条件下风机的控制保护策略 33 2.4.1 电网不对称条件下的控制目标 33 2.4.2 基于正/反转同步速坐标系的PI电流控制策略 35 2.4.3 基于正转同步速坐标系的PI-R电流控制策略 38 2.4.4 机侧变换器输出电压约束对不对称控制的影响与对策 40 2.5 并网风电多时间尺度物理/控制环节及暂态响应过程 43 2.5.1 并网风机物理/控制环节的多时间尺度特征 43 2.5.2 物理/控制环节动作过程与故障特征的联系 44 2.5.3 物理/控制环节动作过程与暂态稳定的联系 46 2.6 本章小结 46 参考文献 47 上篇 风电并网电力系统的故障电流分析 第3章 电网对称短路故障期间风电机组故障电流的暂态特征分析 53 3.1 引言 53 3.2 近端三相短路故障期间风电机组的简化数学模型 53 3.2.1 不同故障穿越控制保护策略作用下双馈发电机转子电压 55 3.2.2 双馈风机的数学模型 56 3.3 双馈风机故障电流的运算电感分析方法 58 3.3.1 运算电感的定义 58 3.3.2 故障电流组成分量的频率与幅值 60 3.3.3 故障电流的稳态与暂态成分 61 3.3.4 故障电流组成分量的衰减时间常数与频率偏移量 62 3.3.5 近端三相短路期间双馈风机故障电流的数学表达式 62 3.4 双馈风机对称故障电流的暂态特征与计算结果 63 3.4.1 双馈风机故障电流的电磁暂态仿真与计算结果 63 3.4.2 双馈风机故障电流的动模验证与计算结果 68 3.5 风电并网电力系统距离保护面临的挑战 71 3.5.1 双馈风机短路电流引起的一段距离保护误动作 73 3.5.2 误动作原因分析 74 3.6 本章小结 77 参考文献 78 第4章 电网对称短路故障期间双馈风机故障电流特征的磁路机制分析 80 4.1 引言 80 4.2 双馈发电机的基本磁路与电感 80 4.3 转子电流对双馈发电机主磁通的挤出现象 84 4.4 双馈风机的等效电感 86 4.4.1 从定子端口侧看入的等效电感 86 4.4.2 从转子端口侧看入的等效电感 87 4.5 双馈风机的定转子磁链激励 88 4.5.1 双馈风机的分析子系统 88 4.5.2 子系统S1的定转子磁链分量 89 4.5.3 子系统S2的定转子磁链分量 90 4.6 双馈风机磁链-电流的代数关系模型 91 4.7 本章小结 93 参考文献 94 第5章 电网不对称短路故障期间风电机组故障电流的暂态特征分析 95 5.1 引言 95 5.2 电网不对称条件下双馈风机的故障穿越策略 95 5.3 电网不对称短路故障期间双馈风机的磁链分析 99 5.3.1 不对称故障期间双馈风机的子系统 99 5.3.2 定子磁链和转子磁链分析 101 5.4 电网不对称短路期间双馈风机的故障电流分析 102 5.4.1 不同控制时间尺度的等效电感计算 102 5.4.2 不对称故障下双馈风机磁链-电流的代数关系模型 103 5.5 双馈风机不对称故障电流的暂态特征与计算结果 106 5.6 本章小结 109 参考文献 110 下篇 风电并网电力系统的暂态稳定分析 第6章 风电暂态特性及其并网电力系统多时间尺度暂态稳定问题 113 6.1 引言 113 6.2 并网风电多时间尺度暂态特性及典型特征 113 6.3 风电并网电力系统多时间尺度暂态稳定问题及主导环节 116 6.3.1 风电暂态特性与电力系统暂态过程响应的一般关系 116 6.3.2 风电并网电力系统暂态稳定问题特点 117 6.3.3 多时间尺度暂态稳定问题主导环节 119 6.4 本章小结 120 参考文献 121 第7章 暂态故障下风机多时间尺度“激励-响应”关系模型 122 7.1 引言 122 7.2 故障特征与环节动作的联系 123 7.2.1 不同故障场景下的环节动作情况 123 7.2.2 描述故障特征的指标及其与环节动作的联系 133 7.3 基于扰动特征的风机多时间尺度暂态模型体系 135 7.3.1 级联多时间尺度“激励-响应”模型 135 7.3.2 不同持续时间的浅度故障下建模 139 7.3.3 不同持续时间的深度故障下建模 141 7.3.4 多时间尺度模型与扰动特征的对应关系 143 7.4 本章小结 144 参考文献 145 第8章 风电并网电力系统机电时间尺度暂态稳定分析 146 8.1 引言 146 8.2 风机机电时间尺度暂态简化分析模型 146 8.2.1 常规控制下“激励-响应”关系简化分析模型 148 8.2.2 暂态控制下“激励-响应”关系简化分析模型 149 8.2.3 多种暂态模型在机电时间尺度暂态行为分析中的应用 152 8.3 锁相同步风电主导电力系统的机电时间尺度暂态稳定机理 153 8.3.1 暂态稳定机理 153 8.3.2 浅度故障下风电主导电力系统的机电时间尺度暂态稳定性 156 8.3.3 深度故障下风电主导电力系统的机电时间尺度暂态稳定性 161 8.4 锁相同步风电-同步机互联系统机电时间尺度暂态稳定性 169 8.4.1 锁相同步风电-同步机互联系统暂态稳定机理 169 8.4.2 浅度故障下互联系统机电时间尺度暂态稳定性 174 8.5 多时间尺度相互作用及其对机电时间尺度暂态稳定性的影响 180 8.5.1 风电并网电力系统多时间尺度串/并行相互作用 180 8.5.2 直流电压时间尺度控制对机电时间尺度暂态稳定性的影响 184 8.6 本章小结 185 参考文献 186 第9章 风电并网电力系统直流电压时间尺度暂态稳定分析 187 9.1 引言 187 9.2 全功率风机直流电压时间尺度暂态简化分析模型 188 9.2.1 浅度故障下“激励-响应”关系简化分析模型 189 9.2.2 深度故障风机暂态简化分析模型 190 9.3 浅度故障下全功率风机并网电力系统直流电压时间尺度暂态稳定性 191 9.3.1 风机并网电力系统直流电压时间尺度振荡特征 191 9.3.2 风机并网电力系统直流电压时间尺度稳定机理 197 9.4 深度故障下全功率风机并网电力系统直流电压时间尺度暂态稳定性 213 9.4.1 风机并网电力系统直流电压时间尺度下的暂态特性 213 9.4.2 风机并网电力系统直流电压时间尺度下的暂态稳定影响因素 215 9.5 本章小结 220 参考文献 221