含风电电力系统多步高阶 Taylor 级数暂态稳定计算-电气工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TM76 U.D.C: 621.31 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON MULTI-STEP HIGH-ORDER TAYLOR SERIES METHOD FOR TRANSIENT STABILITY CALCULATION OF POWER SYSTEM INTEGRATED WITH LARGE SCALE WIND FARM Candidate： Liu Jiannan Supervisor： Prof. Guo Zhizhong Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Electrical Engineering Affiliation： School of Electrical Engineering and Automation Date of Defence： July, 2012 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 -I- -I- 摘 要 风力发电技术是发展最快、技术最为成熟的可再生清洁能源发电技术。中 国的风电产业自 2005 年起进入飞速发展时期，截止 2011 年底我国风电装机容 量达到 62700MW，排名世界第一。直驱永磁同步风力发电机组被称为第三代 风电机组，具有广阔的发展前景。本文应用多步高阶 Taylor 级数暂态稳定计算 方法最优积分格式对含直驱永磁同步风力发电机组风电场接入系统后的暂态稳 定问题进行了研究。 多步高阶 Taylor 级数暂态稳定计算方法具有精度高、步长大的优点，可以 利用多个时步的高阶导数提高算法精度和计算效率，是一种优秀的暂态稳定计 算方法。但由于算法提出时没有给出确定权系数的严格准则，使算法的优良性 质不能最大限度发挥。本文根据对算法计算量及收敛性和稳定性的分析，给出 了确定最优积分格式的准则，并得到了一种具有实用价值的多步高阶 Taylor 级 数暂态稳定计算最优积分格式。通过设计实例说明了如何具体应用最优积分格 式确定准则，并通过最优算法和普通算法在稳定域、准确性和快速性等方面的 对比，验证了最优算法的优秀性质及所提准则的正确性。 为了准确分析含直驱永磁同步风力发电机组风电场接入系统后对电力系统 暂态稳定性的影响，本文研究了直驱永磁同步风力发电机组的暂态仿真模型搭 建，主要包括风机动态模型、永磁发电机模型、背靠背变频器模型及发电机控 制器模型等几部分，形成了完整的直驱风电系统暂态仿真模型。 基于所搭建的直驱永磁同步风电机组模型，在 PSAT(Power System Analysis Toolbox)平台上搭建了含直驱风电系统的 IEEE14 节点仿真系统接线图，并利用 编制的实用多步高阶 Taylor 级数暂态稳定程序对该系统的暂态稳定问题进行了 求解与分析。重点研究了系统正常运行时风速变化引起的暂态稳定问题和发生 扰动时风速与扰动共同作用下的暂态稳定问题，分析了两种情况下系统中各发 电机功角、转速、电压幅值等的变化，证明了本文所设计的实用多步高阶 Taylor 级数法能够用于含风电电力系统的暂态稳定计算，并为直驱风电场接入系统后 的暂态稳定问题的进一步研究提供了参考。 关键词：风力发电；暂态稳定；直驱永磁同步风电机组；Taylor 级数法；PSAT Ab Abstract -II- -II- Abstract Wind power generation is the most rapidly developing and mature technology among all the clean and renewable energy power generation. Wind power generation in China entered in a fast developing period in 2005 and by the end of 2011, total installed capacity of Chinas wind power reached 62700MW, ranking the first in the world. With the constant increasement of wind generation capacity, the impact caused by the integrated wind farm to the security and stability of power syste