含雙饋感應(yīng)發(fā)電機與同步發(fā)電機的電力系統(tǒng)阻尼振蕩抑制

含雙饋感應(yīng)發(fā)電機與同步發(fā)電機的電力系統(tǒng)阻尼振蕩抑制

0基于無功容量的風(fēng)電系統(tǒng)osc-opf模型通過調(diào)整同步電機（sd）的輸出，電氣系統(tǒng)的經(jīng)濟規(guī)劃可以降低電氣阻力和網(wǎng)絡(luò)損傷，但可以降低穩(wěn)定性。上述SC-OPF多基于有功優(yōu)化，并未考慮調(diào)節(jié)SG無功出力。雖然高壓電網(wǎng)中有功與無功出力間耦合松散，但無功出力改變節(jié)點電壓和系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，間接影響穩(wěn)定性，故無功出力對功角穩(wěn)定和振蕩穩(wěn)定影響不可忽略風(fēng)電并網(wǎng)對穩(wěn)定的影響，不僅體現(xiàn)在潮流分布在SC-OPF優(yōu)化后，SG無功出力可能達到上限，限制了無功調(diào)節(jié)改善網(wǎng)損的能力。對此可以根據(jù)OPF模型中目標函數(shù)對約束條件上/下限的拉格朗日乘子，分析改變無功容量對SC-OPF的效果。針對上述問題，本文提出含DFIG電力系統(tǒng)振蕩模式阻尼比對SG無功出力靈敏度的解析表達。將阻尼比作為OPF約束，提出基于無功優(yōu)化的風(fēng)電系統(tǒng)OSC-OPF模型。根據(jù)目標函數(shù)拉格朗日乘子，提出穩(wěn)定約束下網(wǎng)損對SG無功容量的靈敏度。1電氣表和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定指標對斯通性的影響本文算法框架如圖1所示，其中難點在于：(1)確定危險模式，即在當前運行點將DFIG和SG動態(tài)方程聯(lián)立，得到系統(tǒng)狀態(tài)矩陣A1.1在opf-穩(wěn)定性分析間的應(yīng)用風(fēng)電并網(wǎng)將引入新的振蕩模式，并可能惡化原有振蕩模式式（1）在OPF和穩(wěn)定分析間建立聯(lián)系，通過調(diào)節(jié)受控參數(shù)，在保證優(yōu)化目標的同時，改善系統(tǒng)阻尼，其中靈敏度間接反映振蕩穩(wěn)定與受控參數(shù)間的相關(guān)性，即后者對前者的改善效果。1.2g清乳電電壓附錄A圖A1給出了DFIG結(jié)構(gòu)式中：ΔU和Δθ分別為電網(wǎng)節(jié)點電壓幅值和相角增量，其包含DFIG定子電壓；ΔU然后聯(lián)立DFIG和SG機組動態(tài)方程，將系統(tǒng)狀態(tài)方程線性化，建立式（3）所示結(jié)構(gòu)保留模型，將特征值λ對Q式中：ψ和φ分別為A最后根據(jù)式（4）得到阻尼比靈敏度的解析表達，上述阻尼比靈敏度計算的難點在于：DFIG并網(wǎng)后系統(tǒng)狀態(tài)方程的變化，以及SG無功變化影響狀態(tài)矩陣A2基于永優(yōu)化的風(fēng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的osc-opf2.1電網(wǎng)節(jié)點約束1）目標函數(shù)。將DFIG內(nèi)部約束與電網(wǎng)潮流方程聯(lián)立，以有功網(wǎng)損最小為目標函數(shù)：式中：N為電網(wǎng)節(jié)點數(shù)；ΔP2）等式約束和不等式約束。其中電網(wǎng)節(jié)點等式約束為：式中：ΔPQ式中：Q3）振蕩穩(wěn)定約束?；谧枘岜褥`敏度，調(diào)節(jié)Q式中：ζ為比較有功和無功出力的控制效果，下文算例給出基于2種優(yōu)化方式的OSC-OPF對比，其中有功優(yōu)化固定Q2.2基于內(nèi)點法求解不失一般性，將2.1節(jié)優(yōu)化模型改寫為：式中：x為控制變量和狀態(tài)變量集合；F(x）為目標函數(shù)；h(x）和g(x）分別為常規(guī)無功優(yōu)化的等式和不等式約束；g以下采用內(nèi)點法求解。引入松弛變量將不等式約束化為等式約束，把目標函數(shù)構(gòu)造為拉格朗日函數(shù)L式中：x由OSC-OPF結(jié)果，定義以下拉格朗日乘子：1)z2)o定義靈敏度指標式（12），其中z根據(jù)拉格朗日乘子計算z圖2給出了基于無功優(yōu)化的OSC-OPF算法流程。3計算與分析算例采用新英格蘭測試系統(tǒng)3.1振蕩模式的改進DFIG并網(wǎng)前后阻尼較弱的模式見附錄C表C1和表C2。對比可見，風(fēng)電并網(wǎng)使得最小阻尼比（表中藍底數(shù)據(jù)）從0.0483降到0.0470，惡化了SG機電振蕩模式，不利于抑制系統(tǒng)低頻振蕩，需要予以改善。2)DFIG有功出力對振蕩模式的影響DFIG有功出力對振蕩模式的影響見附錄C表C3。隨著DFIG有功出力的增加，本文所關(guān)注的弱阻尼模式λ3）多風(fēng)電場并網(wǎng)對振蕩模式影響在節(jié)點14新增一個含55臺2MWDFIG的風(fēng)電場，風(fēng)速為9.5m/s。附錄C表C4給出了阻尼較弱的振蕩模式。對比表C2可知，多風(fēng)電場并網(wǎng)增加了DFIG振蕩模式，如對應(yīng)新增DFIG的定子模式λ3.2抗膽紅素對sd的自動響應(yīng)圖3給出了ζ3.3osc-opf模型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)初始運行點網(wǎng)損為0.3353（標幺值）。固定P1)SG無功出力強相關(guān)模式優(yōu)化結(jié)果表1給出了不同振蕩穩(wěn)定指標ζ(1)ζ(2)優(yōu)先調(diào)節(jié)靈敏度較大的受控參數(shù)（如Q(3)改善弱阻尼通常伴隨網(wǎng)損增加。但相較于運行經(jīng)濟性和穩(wěn)定性都較差的工況（本文初始運行點），OSC-OPF有可能同時降低網(wǎng)損和改善弱阻尼。附錄C第C5章分析了表C2中其余模式阻尼比在優(yōu)化ζ2)SG無功出力弱相關(guān)模式優(yōu)化結(jié)果由于Q雙風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的OSC-OPF優(yōu)化結(jié)果在附錄C第C7章中給出，其低頻振蕩模式最小阻尼比同樣可以得到改善。3.4sg容量對osc-opf優(yōu)化結(jié)果的影響給出ζ2)SG無功容量靈敏度指標表1中Q基于表2中的靈敏度指標，附錄C第C9章具體分析了SG無功容量調(diào)整對OSC-OPF優(yōu)化結(jié)果的影響。3.5節(jié)點系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果對比將Q為進一步檢驗算法，基于IEEE14節(jié)點系統(tǒng)，附錄C第C10章給出了優(yōu)化結(jié)果對比。結(jié)果表明，基于有功和無功優(yōu)化OSC-OPF對弱阻尼和網(wǎng)損的改善效果在同一量級內(nèi)。4osc-opf模型本文提出了含DFIG電力系統(tǒng)阻尼比對SG無功出力靈敏度解析表達；提出基于無功優(yōu)化的OSC-OPF模型；基于拉格朗日乘子，提出穩(wěn)定約束下網(wǎng)損對SG無功容量的靈敏度。得到以下結(jié)論。1）所提OSC-OPF模型可以增大系統(tǒng)阻尼并降低有功網(wǎng)損。一般有：振蕩穩(wěn)定性提高越多，網(wǎng)損改善越少。2)SG有功和無功優(yōu)化OSC-OPF對網(wǎng)損和弱阻尼的影響，大致在同一數(shù)量級內(nèi)。3）通過OSC-OPF優(yōu)化結(jié)果對SG無功容量的靈敏度指標，可以發(fā)現(xiàn)制約網(wǎng)損和振蕩穩(wěn)定性的SG機組。基于所提OSC-OPF模型，提高計算效率是下一步研究有待解決的問題。附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)