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1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）中期报告课题名称：含风电场的电力系统静态电压稳定性研究 学院（系）：电气工程学院 年级专业：09级电力四班 学生姓名：张建春 指导教师： 王珺 完成日期： 2013.5.8 一 毕业设计进展情况1.已完成部分: (1). 双馈风电机组稳态计算模型已完成；(2).含双馈风电机组的电力系统潮流计算在matlab程序中已完成；(3). Matlab的学习和算例的编程已完成。(注：从开题报告到中期答辩的主要任务)（4）.初步了解p-v曲线法的含义2.未完成部分: (1) 应用P-V曲线法研究含风电场的电力系统静态电压稳定性；（2）计算结果的分析与p-v曲线的进一步学习
2、， 因为大部分时间都花在了matlab的编程上，因此，对部分知识的掌握还不太熟悉，望老师能够谅解。二.毕业设计的具体实施方案1.简介(1). 双馈风电机组稳态计算模型；在开题报告的答辩结束之后,我便开始了中期答辩的准备工作,通过查阅文献对双馈风电机组稳态计算模型增加了了解.双馈感应发电机的静态模型定子回路和转子回路电压方程分别为: (1)其中，为定子端电压，为定子电流，为转子绕组外接电源的电压，为转子电流，和分别为定子绕组的电阻和电抗，和分别为转子绕组的电阻和电抗，为转差率。根据式（1）可得双馈感应发电机稳态等值电路，如图1所示。图中，为励磁电流，为感应电动势。图1 双馈感应发电机稳态等值电路
3、由图1可知： (2) (3) (4) (5)式中，定子电压、定子电流与转子电压、转子电流有关.这个问题与开题报告时的问题与解决方案近似.(2).含双馈风电机组的电力系统潮流计算；目前双馈风电机组大多采用恒功率因数控制模式，故本文仅讨论该控制模式下含双馈风电机组的电力系统潮流计算。图2 连续潮流计算过程示意图连续潮流法计算步骤如图2所示。从已知的解（A）开始，以一个切线预报来估计对于一个规定P增长方式的解（B），然后校正步，利用常规潮流法（系统P值不变）解出准确解（C）；当P进一步增长时,根据新的切线预报电压值。如果新的估计P值超出了准确解的，则以P值固定的校正计算就不会收敛。因此采用固定监控点
4、电压的校正（水平校正）计算来求准确解（E）。当接近电压稳定极限时，为了确定准确的，在连续预报期间，应逐步减少。连续潮流的优点为鲁棒性强，缺点为计算时间较长。为同时解决收敛性和计算时间问题，本文在计算中采用了常规潮流求解与连续潮流分析相结合的方法，即从初始运行方式开始，用常规潮流法求解，直到不能收敛为止，再采用连续潮流法计算。双馈感应发电机注入系统总有功功率由定子绕组发出的有功功率和转子绕组发出或吸收的有功功率两部分组成。风电机组处于超同步运行时，转子转速高于同步转速，转子绕组发出有功功率；风电机组处于亚同步运行时，转子转速低于同步转速，转子绕组吸收有功功率；风电机组处于同步运行时，转子转速等于
5、于同步转速，转子绕组既不发出也不吸收有功功率。由式（1）（5）可以推出，转子绕组的有功功率可用定子绕组有功功率和无功功率来表示，即 (6)式中，。则双馈感应发电机注入系统总有功功率为 (7) 双馈感应发电机的无功功率也是由两部分组成，一部分是发电机定子侧发出或吸收的无功功率，另一部分是变流器在发电机转子侧吸收的无功功率组成。调节转子外加电源电压的幅值和相角，可以改变定子侧发出或吸收的无功功率的大小。变流器在发电机转子侧发出或吸收的无功功率相对较小，可以忽略，因而双馈风电机组的无功功率可以近似为定子绕组的无功功率。若风电机组功率因数设定值为，则有： (8)代入式(7)，得： (9)（3）.p-v
6、曲线法的学习P-V曲线：选定负荷和发电机出力的增加方式和方向，决定基态与电压失稳的距离. 通过增加负荷和发电机出力是评价电压稳定最常用的方法.完整的p-v曲线可以通过两种方法产生：第一种是通过研究的区域中不断增加负荷并不断增加外部的发电量。第二种方法是不断增加传输界面潮流，即把发电量从受电区域移到外部区域。外部区域电源有限时，可以单独为了建立功率裕度而采用虚拟发电机，这台发电机应当不提供无功功率。这两种方法都是使一个区域逐步紧张起来，即从低负荷或轻的低界面潮流到高负荷或重的界面潮流，从而建立起完整的P一U曲线。 应用P-V曲线法研究含风电场的电力系统静态电压稳定性.连续潮流分析法就是P-V曲线
7、逐步追踪极限点的方法，它在电力系统静态稳定性研究方面有着广泛的应用。连续潮流分析法可以克服潮流方程在接近稳定极限运行状态时的收敛问题。当系统某一参数连续改变时，连续潮流算法可以跟踪系统状态的变化，从而得到系统的定常解曲线。本次编程是通过不断增加负荷的方法来建立P一u曲线的，其基本步骤如下： 1）选择一个研究区域，这个区域中负荷将逐步地增加，它是容易遭受或认为可能遭受电压崩溃的区域，区域的大小根据实际需要确定。要变化的量是区域内负荷(功率因数不变)和外部发电量。 2）研究的区域中负荷模拟起始大约在预期峰荷的20%左右。这将有利于提供完整P一U分析，因为这预料了低于运行点水平下建立P一v曲线的问题
8、。在低于运行点时，外部送人区域的发电童应当减少以便和研究区域中成比例降的负荷相匹配。当研究区域中负荷成比例上升时，将可捕捉到增加的负荷需求与研究区域中的电压分布。3）调整研究区域内部发电量。在P一v分析期间，内部发电机的有功输出应当维持不变。每一台发电机的无功容量应当表示成机组的容量，其输出的无功功率应当允许随着P一u分析过程进行调整。电压崩溃将发生在研究区域的无功容量被耗尽的时候。4)选择研究区域的节点或节点组，其电压将传送到研究区域的功率的增加得到监视和记录。作为电压不稳定初始的研究，工程师应当选择几个严重节点进行监视。监视记录的电压就是P一V曲线Y轴的数据。5)选择要仿真的系统条件。系统
9、条件应当在为建立P一V曲数据成比例增加内部负荷和外部发电量之前阐明。系统事故前的P一V分析提供研究区域可得到的最大负荷容量的指示。应根据性能等级对事故进行仿真以保证和电压稳定裕度相一致，并提供关于事故后可能发生的静态运行点的信息。2.基本模型建模(1). 算例的编程。算例中的含双馈风电机组的电力系统潮流计算这部分的编程几乎占用了从开题报告到中期答辩这段时间的大部分,其中,通过上网和向老师求助学习了matlab软件的编程功能,进而通过文献查阅和老师的解答并选择了一个9节点的多机系统作为算例进行研究，编写出了连续潮流部分的计算过程，并且成功仿真出了含双馈风电机的三机九节点的系统模型，如图2所示。并
10、成功绘制出了p-v曲线，如图3所示。但是,由于自身的能力有限, 因此, p-v曲线部分的程序还有待于改善。 图2 含双馈风电机的三机九节点的系统模型程序开始部分的赋值程序如下：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;
11、 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分别表示节点数和支路数，由于本人所选的算例是一个含双馈风电机的三机九节点的系统模型；isb表示平衡点的节点号；pr为潮流
12、计算的误差精度；矩阵b1每一列依次为支路首端、末端、支路阻抗、对地电纳、支路比和折算到哪一侧的标志（高压侧为1；低压侧为0）；b2矩阵的每一列分别表示节点的发电机功率、负荷功率、节点电压值、PV节点电压V给定值、节点无功补偿设备容量和节点分类标号。Y为雅克比矩阵，开始时对其赋予nxn的零矩阵初始值。通过编程得出如下p-v曲线： 图3 节点的p-v曲线图 图4常规输出各节点的电压值 图5 常规潮流计算各节点的输出电压三毕设过程中遇到困难和解决办法问题一：matlab的编程是如何进行的因为这是在大学期间第二次使用matlab，所以比较生疏。在拿到课题有了大概的了解之后，刚开始以为是通过建立仿真模型
13、得出仿真结果。但是，通过询问老师知道是通过matlab的编程而得到。一开始我觉得很棘手，最后经过不断地询问老师，并自己上网观看matlab的基础教程来进一步了解matlab的编程。慢慢进行摸索，得到了初步的了解。问题二：如何获得p-v曲线图由于自身的能力有限，编程中的部分程序是参考网上的类似程序通过修改并通过导师的帮助来完成的。开始的时候并不知道P-V曲线是要通过潮流计算得到的，经过老师的提示与参考文献周双喜老师编的电力系统电压稳定性及其控制这本书的阅读与理解，最终，绘制出p-v曲线。但程序还有待进一步完善问题三：使用matlab进行潮流计算时的问题在进行潮流计算时，通过每一步的编程增加了对m
14、atlab的了解，由于在编程过程中需要用到常规潮流计算和连续潮流计算的公式。在老师的推荐下，又将卢远老师编写的含风电场的电力系统最优潮流算法在老师的讲解下得到了理解，通过在程序中编写雅克比矩阵等，最终，汇编出了包括常规潮流计算和连续潮流计算在一起的程序。问题四：编程时用到的主要参考文献开始编程时并不知道如何进行，如编程中的公式和部分原理以及获取p-v曲线的具体过程都不太了解。老师介绍了周双喜老师编的电力系统电压稳定性及其控制这本书，其中介绍了一些得到p-v曲线的一些方法及部分算例。并提到p-v曲线需要通过连续潮流计算得到。在吴义纯，江岳文两位老师关于含风电场的电力系统潮流计算的论文中，介绍了连
15、续潮流的方法：用常规潮流程序可以确定网络中不同点的电压稳定水平。然而这种方法是费力的，而且不能提供作决策非常有用的灵敏度信息。此外，常规潮流在崩溃点外无解和在崩溃点附近不能可靠收敛(由于雅可比矩阵奇异)。四.毕业设计的下一步安排和时间进度表根据学校对毕业设计时间要求以及毕业设计完成情况的规定，毕业论文撰写将在五月中旬开始，具体按排如下：1. 5月10日5月12日 完善编写的程序2. 5月13日5月16日 学习p-v曲线法分析算例的结果3. 5月17日 对知识进行归纳与总结，准备撰写论文五.撰写毕业论文工作的具体安排和打算1. 5月18日5月20日 将论文的大体结构进行构思，共分为几个章节，每一
16、个章节的具体内容是什么。2. 5月21日5月23日 编写p-v曲线和连续潮流计算的理论部分，并包括摘要及英文翻译；3. 5月23日5月25日 编写仿真部分，包括波形仿真图，利用A型、D型测距方法测距过程结果；4. 5月23日5月25日 设置论文格式，仔细研读毕业设计报告，更改错误。六、参考文献1 王承煦,张源。 风力发电。 中国电力出版社2 周双喜，朱凌志，郭锡玖等。电力系统电压稳定性及其控制M北京：中国电力出版社，20043 Brucoli M., Scala M.L., Torelli F. A Probabilistic Approach to the VoltageStability
17、Analysis of Interconnected Power Systens, Electric Power Systems Research,10(1986):157-1664 张义斌，王伟胜，戴慧珠。基于P-V曲线的风电场接入系统稳态分析J。电网技术，2008，28（23）：61-655 周双喜 主编。电力系统电压稳定性及其控制（上）。中国电力出版社6 吴义纯。含风电场的电力系统潮流计算 。华北电力硕士论文7 江岳文。含风电场电力系统的潮流计算。浙江大学博士论文8 CIGRE Task Foree 38.02.10.Modeling of voltage collapse inelud
18、ong dynamic phenomena. CIGRE Brochure No.75,19939 任丽亚 张建东等。风力发电对电网的影响研究。中国电力出版社10 卢远。含风电场的电力系统最优潮流算法综述。电网科技11 李俊峰。2008中国风电发展报告。中国电力出版社 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
19、;1483-148813 高粱。风力发电机组的控制技术。浙江大学硕士学位论文14 张新房。风力发电技术的发展及若干问题。西安科技大学硕士学位论文15 王海超。含风电场电力系统电压稳定裕度模型。东北大学硕士学位论文16 Holdsworth L.,Wu X.G, Ekanayke J.B. et al. Comparison of fixed spped and doubly-fed induction wind turbines during power syetem disturbances.Generation,Transmission and Distribution,IEE Proceedings,May 2003,Vol.150,Issue 3;343-35217 申洪。基于电力系统暂态稳定分析的风电场穿透功率极限计算。西安科技大学硕士学位论文18 戴剑锋。基于负荷裕度随机特性的电压失稳概率问题研究。华北电力硕士学位论文19 雷亚洲。与风电并网相关的研究课题。浙江大学硕士学位论七、.对指导老师和学院管理的意见和建议指导教师意见: 指导教师签字： 年 月 日