含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析中期報告.doc

燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告課題名稱：含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究 學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院 年級專業(yè)：09級電力四班 學(xué)生姓名：張建春 指導(dǎo)教師： 王珺 完成日期： 2013.5.8 一 畢業(yè)設(shè)計進展情況1.已完成部分: (1). 雙饋風(fēng)電機組穩(wěn)態(tài)計算模型已完成；(2).含雙饋風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)潮流計算在matlab程序中已完成；(3). Matlab的學(xué)習(xí)和算例的編程已完成。(注：從開題報告到中期答辯的主要任務(wù))（4）.初步了解p-v曲線法的含義2.未完成部分: (1) 應(yīng)用P-V曲線法研究含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性；（2）計算結(jié)果的分析與p-v曲線的進一步學(xué)習(xí)， 因為大部分時間都花在了matlab的編程上，因此，對部分知識的掌握還不太熟悉，望老師能夠諒解。二.畢業(yè)設(shè)計的具體實施方案1.簡介(1). 雙饋風(fēng)電機組穩(wěn)態(tài)計算模型；在開題報告的答辯結(jié)束之后,我便開始了中期答辯的準備工作,通過查閱文獻對雙饋風(fēng)電機組穩(wěn)態(tài)計算模型增加了了解.雙饋感應(yīng)發(fā)電機的靜態(tài)模型定子回路和轉(zhuǎn)子回路電壓方程分別為: (1)其中，為定子端電壓，為定子電流，為轉(zhuǎn)子繞組外接電源的電壓，為轉(zhuǎn)子電流，和分別為定子繞組的電阻和電抗，和分別為轉(zhuǎn)子繞組的電阻和電抗，為轉(zhuǎn)差率。根據(jù)式（1）可得雙饋感應(yīng)發(fā)電機穩(wěn)態(tài)等值電路，如圖1所示。圖中，為勵磁電流，為感應(yīng)電動勢。圖1 雙饋感應(yīng)發(fā)電機穩(wěn)態(tài)等值電路由圖1可知： (2) (3) (4) (5)式中，定子電壓、定子電流與轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流有關(guān).這個問題與開題報告時的問題與解決方案近似.(2).含雙饋風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)潮流計算；目前雙饋風(fēng)電機組大多采用恒功率因數(shù)控制模式，故本文僅討論該控制模式下含雙饋風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)潮流計算。圖2 連續(xù)潮流計算過程示意圖連續(xù)潮流法計算步驟如圖2所示。從已知的解（A）開始，以一個切線預(yù)報來估計對于一個規(guī)定P增長方式的解（B），然后校正步，利用常規(guī)潮流法（系統(tǒng)P值不變）解出準確解（C）；當P進一步增長時,根據(jù)新的切線預(yù)報電壓值。如果新的估計P值超出了準確解的，則以P值固定的校正計算就不會收斂。因此采用固定監(jiān)控點電壓的校正（水平校正）計算來求準確解（E）。當接近電壓穩(wěn)定極限時，為了確定準確的，在連續(xù)預(yù)報期間，應(yīng)逐步減少。連續(xù)潮流的優(yōu)點為魯棒性強，缺點為計算時間較長。為同時解決收斂性和計算時間問題，本文在計算中采用了常規(guī)潮流求解與連續(xù)潮流分析相結(jié)合的方法，即從初始運行方式開始，用常規(guī)潮流法求解，直到不能收斂為止，再采用連續(xù)潮流法計算。雙饋感應(yīng)發(fā)電機注入系統(tǒng)總有功功率由定子繞組發(fā)出的有功功率和轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出或吸收的有功功率兩部分組成。風(fēng)電機組處于超同步運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出有功功率；風(fēng)電機組處于亞同步運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組吸收有功功率；風(fēng)電機組處于同步運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組既不發(fā)出也不吸收有功功率。由式（1）（5）可以推出，轉(zhuǎn)子繞組的有功功率可用定子繞組有功功率和無功功率來表示，即 (6)式中，。則雙饋感應(yīng)發(fā)電機注入系統(tǒng)總有功功率為 (7) 雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率也是由兩部分組成，一部分是發(fā)電機定子側(cè)發(fā)出或吸收的無功功率，另一部分是變流器在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)吸收的無功功率組成。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子外加電源電壓的幅值和相角，可以改變定子側(cè)發(fā)出或吸收的無功功率的大小。變流器在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)發(fā)出或吸收的無功功率相對較小，可以忽略，因而雙饋風(fēng)電機組的無功功率可以近似為定子繞組的無功功率。若風(fēng)電機組功率因數(shù)設(shè)定值為，則有： (8)代入式(7)，得： (9)（3）.p-v曲線法的學(xué)習(xí)P-V曲線：選定負荷和發(fā)電機出力的增加方式和方向，決定基態(tài)與電壓失穩(wěn)的距離. 通過增加負荷和發(fā)電機出力是評價電壓穩(wěn)定最常用的方法.完整的p-v曲線可以通過兩種方法產(chǎn)生：第一種是通過研究的區(qū)域中不斷增加負荷并不斷增加外部的發(fā)電量。第二種方法是不斷增加傳輸界面潮流，即把發(fā)電量從受電區(qū)域移到外部區(qū)域。外部區(qū)域電源有限時，可以單獨為了建立功率裕度而采用虛擬發(fā)電機，這臺發(fā)電機應(yīng)當不提供無功功率。這兩種方法都是使一個區(qū)域逐步緊張起來，即從低負荷或輕的低界面潮流到高負荷或重的界面潮流，從而建立起完整的P一U曲線。 應(yīng)用P-V曲線法研究含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性.連續(xù)潮流分析法就是P-V曲線逐步追蹤極限點的方法，它在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性研究方面有著廣泛的應(yīng)用。連續(xù)潮流分析法可以克服潮流方程在接近穩(wěn)定極限運行狀態(tài)時的收斂問題。當系統(tǒng)某一參數(shù)連續(xù)改變時，連續(xù)潮流算法可以跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)的變化，從而得到系統(tǒng)的定常解曲線。本次編程是通過不斷增加負荷的方法來建立P一u曲線的，其基本步驟如下： 1）選擇一個研究區(qū)域，這個區(qū)域中負荷將逐步地增加，它是容易遭受或認為可能遭受電壓崩潰的區(qū)域，區(qū)域的大小根據(jù)實際需要確定。要變化的量是區(qū)域內(nèi)負荷(功率因數(shù)不變)和外部發(fā)電量。 2）研究的區(qū)域中負荷模擬起始大約在預(yù)期峰荷的20%左右。這將有利于提供完整P一U分析，因為這預(yù)料了低于運行點水平下建立P一v曲線的問題。在低于運行點時，外部送人區(qū)域的發(fā)電童應(yīng)當減少以便和研究區(qū)域中成比例降的負荷相匹配。當研究區(qū)域中負荷成比例上升時，將可捕捉到增加的負荷需求與研究區(qū)域中的電壓分布。3）調(diào)整研究區(qū)域內(nèi)部發(fā)電量。在P一v分析期間，內(nèi)部發(fā)電機的有功輸出應(yīng)當維持不變。每一臺發(fā)電機的無功容量應(yīng)當表示成機組的容量，其輸出的無功功率應(yīng)當允許隨著P一u分析過程進行調(diào)整。電壓崩潰將發(fā)生在研究區(qū)域的無功容量被耗盡的時候。4)選擇研究區(qū)域的節(jié)點或節(jié)點組，其電壓將傳送到研究區(qū)域的功率的增加得到監(jiān)視和記錄。作為電壓不穩(wěn)定初始的研究，工程師應(yīng)當選擇幾個嚴重節(jié)點進行監(jiān)視。監(jiān)視記錄的電壓就是P一V曲線Y軸的數(shù)據(jù)。5)選擇要仿真的系統(tǒng)條件。系統(tǒng)條件應(yīng)當在為建立P一V曲數(shù)據(jù)成比例增加內(nèi)部負荷和外部發(fā)電量之前闡明。系統(tǒng)事故前的P一V分析提供研究區(qū)域可得到的最大負荷容量的指示。應(yīng)根據(jù)性能等級對事故進行仿真以保證和電壓穩(wěn)定裕度相一致，并提供關(guān)于事故后可能發(fā)生的靜態(tài)運行點的信息。2.基本模型建模(1). 算例的編程。算例中的含雙饋風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)潮流計算這部分的編程幾乎占用了從開題報告到中期答辯這段時間的大部分,其中,通過上網(wǎng)和向老師求助學(xué)習(xí)了matlab軟件的編程功能,進而通過文獻查閱和老師的解答并選擇了一個9節(jié)點的多機系統(tǒng)作為算例進行研究，編寫出了連續(xù)潮流部分的計算過程，并且成功仿真出了含雙饋風(fēng)電機的三機九節(jié)點的系統(tǒng)模型，如圖2所示。并成功繪制出了p-v曲線，如圖3所示。但是,由于自身的能力有限, 因此, p-v曲線部分的程序還有待于改善。 圖2 含雙饋風(fēng)電機的三機九節(jié)點的系統(tǒng)模型程序開始部分的賦值程序如下：n=9;n1=9;isb=1;pr=0.00001;b1=1 4 0.0576i 0 1.05 1; 4 5 0.017+0.092i 0.158i 1 0; 5 6 0.039+0.17i 0.358i 1 0; 3 6 0.0586i 0 1.05 1; 6 7 0.0119+0.1008i 0.209i 1 0; 7 8 0.0085+0.072i 0.149i 1 0; 8 2 0.0625i 0 1.05 1; 8 9 0.032+0.161i 0.306i 1 0; 9 4 0.01+0.085i 0.176i 1 0; b2=0 0 1.05 1.05 0 1; 1.63 0 1.05 1.05 0 3; 0.85 0 1.05 1.05 0 3; 0 0 1 0 0 2; 0 0.9+0.3i 1 0 0 2; 0 0 1 0 0 2; 0 1+0.35i 1 0 0 2; 0 0 1 0 0 2; 0 1.25+0.5i 1 0 0 2;Y=zeros(n);其中，n和n1分別表示節(jié)點數(shù)和支路數(shù)，由于本人所選的算例是一個含雙饋風(fēng)電機的三機九節(jié)點的系統(tǒng)模型；isb表示平衡點的節(jié)點號；pr為潮流計算的誤差精度；矩陣b1每一列依次為支路首端、末端、支路阻抗、對地電納、支路比和折算到哪一側(cè)的標志（高壓側(cè)為1；低壓側(cè)為0）；b2矩陣的每一列分別表示節(jié)點的發(fā)電機功率、負荷功率、節(jié)點電壓值、PV節(jié)點電壓V給定值、節(jié)點無功補償設(shè)備容量和節(jié)點分類標號。Y為雅克比矩陣，開始時對其賦予nxn的零矩陣初始值。通過編程得出如下p-v曲線： 圖3 節(jié)點的p-v曲線圖 圖4常規(guī)輸出各節(jié)點的電壓值 圖5 常規(guī)潮流計算各節(jié)點的輸出電壓三畢設(shè)過程中遇到困難和解決辦法問題一：matlab的編程是如何進行的因為這是在大學(xué)期間第二次使用matlab，所以比較生疏。在拿到課題有了大概的了解之后，剛開始以為是通過建立仿真模型得出仿真結(jié)果。但是，通過詢問老師知道是通過matlab的編程而得到。一開始我覺得很棘手，最后經(jīng)過不斷地詢問老師，并自己上網(wǎng)觀看matlab的基礎(chǔ)教程來進一步了解matlab的編程。慢慢進行摸索，得到了初步的了解。問題二：如何獲得p-v曲線圖由于自身的能力有限，編程中的部分程序是參考網(wǎng)上的類似程序通過修改并通過導(dǎo)師的幫助來完成的。開始的時候并不知道P-V曲線是要通過潮流計算得到的，經(jīng)過老師的提示與參考文獻周雙喜老師編的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制這本書的閱讀與理解，最終，繪制出p-v曲線。但程序還有待進一步完善問題三：使用matlab進行潮流計算時的問題在進行潮流計算時，通過每一步的編程增加了對matlab的了解，由于在編程過程中需要用到常規(guī)潮流計算和連續(xù)潮流計算的公式。在老師的推薦下，又將盧遠老師編寫的含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流算法在老師的講解下得到了理解，通過在程序中編寫雅克比矩陣等，最終，匯編出了包括常規(guī)潮流計算和連續(xù)潮流計算在一起的程序。問題四：編程時用到的主要參考文獻開始編程時并不知道如何進行，如編程中的公式和部分原理以及獲取p-v曲線的具體過程都不太了解。老師介紹了周雙喜老師編的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制這本書，其中介紹了一些得到p-v曲線的一些方法及部分算例。并提到p-v曲線需要通過連續(xù)潮流計算得到。在吳義純，江岳文兩位老師關(guān)于含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計算的論文中，介紹了連續(xù)潮流的方法：用常規(guī)潮流程序可以確定網(wǎng)絡(luò)中不同點的電壓穩(wěn)定水平。然而這種方法是費力的，而且不能提供作決策非常有用的靈敏度信息。此外，常規(guī)潮流在崩潰點外無解和在崩潰點附近不能可靠收斂(由于雅可比矩陣奇異)。四.畢業(yè)設(shè)計的下一步安排和時間進度表根據(jù)學(xué)校對畢業(yè)設(shè)計時間要求以及畢業(yè)設(shè)計完成情況的規(guī)定，畢業(yè)論文撰寫將在五月中旬開始，具體按排如下：1. 5月10日5月12日 完善編寫的程序2. 5月13日5月16日 學(xué)習(xí)p-v曲線法分析算例的結(jié)果3. 5月17日 對知識進行歸納與總結(jié)，準備撰寫論文五.撰寫畢業(yè)論文工作的具體安排和打算1. 5月18日5月20日 將論文的大體結(jié)構(gòu)進行構(gòu)思，共分為幾個章節(jié)，每一個章節(jié)的具體內(nèi)容是什么。2. 5月21日5月23日 編寫p-v曲線和連續(xù)潮流計算的理論部分，并包括摘要及英文翻譯；3. 5月23日5月25日 編寫仿真部分，包括波形仿真圖，利用A型、D型測距方法測距過程結(jié)果；4. 5月23日5月25日 設(shè)置論文格式，仔細研讀畢業(yè)設(shè)計報告，更改錯誤。六、參考文獻1 王承煦,張源。 風(fēng)力發(fā)電。 中國電力出版社2 周雙喜，朱凌志，郭錫玖等。電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制M北京：中國電力出版社，20043 Brucoli M., Scala M.L., Torelli F. 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CIGRE Brochure No.75,19939 任麗亞 張建東等。風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響研究。中國電力出版社10 盧遠。含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流算法綜述。電網(wǎng)科技11 李俊峰。2008中國風(fēng)電發(fā)展報告。中國電力出版社 12 Fengquan Zhou,Joos G, Abbey C.Voltage stability in weak connection wind farm, Power engineering society General meeting.IEEE;Vol.2,jun 12-16,san Fransco, USA.2005;1483-148813 高粱。風(fēng)力發(fā)電機組的控制技術(shù)。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文14 張新房。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及若干問題。西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文15 王海超。含風(fēng)電場電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度模型。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文16 Holdsworth L.,Wu X.G, Ekanayke J.B. et al. Comparison of fixed spped and doubly-fed ind