考慮新能源低穿控制的同步機暫態(tài)功角穩(wěn)定形態(tài)與機理探索-西安交通大學 楊松浩

2024高校電自年會交流報告2024年8月蘭州研究背景33新能源+同步調相機暫態(tài)功角穩(wěn)定性結論與展望口隨著“雙碳”能源戰(zhàn)略的實施，以新能源發(fā)電為代表的口隨著“雙碳”能源戰(zhàn)略的實施，以新能源發(fā)電為代表的電力電子并網(wǎng)裝備在源-網(wǎng)-荷層面井噴式發(fā)展，未來將逐步形成大規(guī)模新能源集中送出的新格局。雙碳目標下我國電力系統(tǒng)能源結構發(fā)展趨勢展望(2020-2060)雙碳目標下我國電力系統(tǒng)能源結構發(fā)展趨勢展望(2020-2060)口新能源集中送出系統(tǒng)在口新能源集中送出系統(tǒng)在慣量和短路容量支撐方面的不足，導致寬頻振蕩、電壓和頻率越限等問題凸顯，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。系統(tǒng)運行方式多變大容量遠距離暫態(tài)過電壓控制多高比例新能源并網(wǎng)新能源暫態(tài)高比例新能源并網(wǎng)抗擾能力弱新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定挑戰(zhàn)新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定挑戰(zhàn)時間()時間(秒)口新能源并網(wǎng)研究熱點：口新能源并網(wǎng)研究熱點：主動支撐能力+構網(wǎng)能力受電力電子器件有限過流能力的約束●新能源+同步調相機可行+現(xiàn)行+過渡方案PPwNf號EPPwNf號E調相機@網(wǎng)側變流器新能源PWM鎖相環(huán)受端電網(wǎng).口截至目前，河北張家口、承德地區(qū)已規(guī)劃分布式調相機37臺，容量90萬干乏，已投產(chǎn)15個場站21臺，容量55萬干乏。建立國內首個100%新能源交流匯集系統(tǒng)下的分布式調相機群，預計提升新能源送出能力128.5萬干瓦冀北調相機工程實踐概況承德轎頂山風電場2×50MVar調相機場站送出能力由40%提升至·年增發(fā)電量2.9億度·減少二氧化碳排放28.9萬噸張家口風光儲電站·場站送出能力由40%提升至冀北調相機工程實踐概況承德轎頂山風電場2×50MVar調相機場站送出能力由40%提升至·年增發(fā)電量2.9億度·減少二氧化碳排放28.9萬噸張家口風光儲電站·場站送出能力由40%提升至·年增發(fā)電量1億度以上·減少二氧化碳排放9.98萬噸當系統(tǒng)遭受大擾動，跟網(wǎng)型風電機組觸發(fā)及退出低穿控制時，風電暫態(tài)輸懷低穿深度：1234新能源+同步調相機暫態(tài)功角穩(wěn)定性 UK,+K/APPaa以-三支-三支新能源可等效為兩個分別從送端和受端發(fā)電機節(jié)點發(fā)出的電流源，其分配系數(shù)僅與暫態(tài)分析模型暫態(tài)分析模型E.∠6網(wǎng)側變流器新能源PWM顧相牙4CEE2.2新能源出力及接入位置影響分析新能源對同步機穩(wěn)定性的影響新能源對同步機穩(wěn)定性的影響新能源有功出力的增大使同步發(fā)電機功角特性曲線下移P4P40新能源接入位置的影響新能源接入位置的影響新能源靠近送端同步機，等效注入送端的電流增大，注入受端的電流減小新能源并網(wǎng)相當于增加相鄰同步發(fā)電機的機械功率，可顯著降低系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定裕度。新能源越靠近同步機，越不利于其暫態(tài)功角穩(wěn)定性2.3新能源低穿深度影響分析新能源對同步機穩(wěn)定性的作用機制新能源對同步機穩(wěn)定性的作用機制仿真驗證時間/s一09—0.7—0.5—0.1功率MW功率MW功角/度新能源低穿深度增大，有利于同步機首擺穩(wěn)定性2.4新能源低穿恢復速度影響分析 (1)恢復速率為(2)恢復速率為?g(b)第二擺功角特性曲線“(e)第三擺功角特性曲線結論較慢的新能源低穿恢復速度有利于同步機的首擺穩(wěn)定性，但會增加后續(xù)奇數(shù)擺失2.5仿真驗證低穿深度的影響低穿深度的影響低穿恢復速率的影響低穿恢復速率的影響首擺主導首擺主導西貴交通大學改造的10機39節(jié)點系統(tǒng)結論·低穿深度增大，火電機組首擺功角穩(wěn)定改造的10機39節(jié)點系統(tǒng)結論·低穿深度增大，火電機組首擺功角穩(wěn)定性增強，但不利于多擺穩(wěn)定性·較慢的低穿功率恢復速度可能會導致多擺失穩(wěn)風機接入位置距離送端發(fā)電機越近，風機出力越大，更容易發(fā)生后續(xù)奇數(shù)擺次失穩(wěn)。的的時間/時間/12343.1系統(tǒng)建模系統(tǒng)簡化拓撲及電路暫態(tài)分析模型暫態(tài)分析模型S二階系統(tǒng)數(shù)學描述系統(tǒng)方程新能源電流轉子運動方程功角特性曲線P=E?E?Y?sin8-Re(E?I)新能源發(fā)電可等效為兩個分別從同步調相機和發(fā)電機節(jié)點流出的電流源，其分配系數(shù)僅與網(wǎng)絡參數(shù)有關，節(jié)點注入電流的幅值與新能源總出力成正比。3.1系統(tǒng)建模與“風火打捆”場景的對比與“風火打捆”場景的對比新能源EUAIYl--si西貴文通大學下的勒讓德方程，因此二者失穩(wěn)本質相同，區(qū)別在于動力來源不同22同步調相機的全部動力來源為新更接近，因而對新能源動態(tài)更為敏感新能源對調相機穩(wěn)定性的作用機制3.2失穩(wěn)形態(tài)及機理新能源對調相機穩(wěn)定性的作用機制新能源低穿控制新能源低穿控制功角特性曲線下移計算式：夜本x新能源并網(wǎng)可顯著降低調相機靜態(tài)穩(wěn)定裕度3.2失穩(wěn)形態(tài)及機理西安交通大學NnsoronaUNivP形態(tài)1短路中加速加速面積最大減速面積形態(tài)2短路中減速形態(tài)2短路中減速680wD加速面積最大減速面積無論新能源低電壓穿越控制深度高低，新能源場站附近部署的同步調相機均有暫態(tài)功角加速失穩(wěn)的風險，但存在兩種不同的失穩(wěn)形態(tài)。3.2失穩(wěn)形態(tài)及機理西安交通大學形態(tài)1:短路中加速形態(tài)1:短路中加速短路中減速P小車內的彈簧在被壓縮時儲存勢能，釋放后則轉變?yōu)閯幽躊3.3影響因素分析西通大拳11高慣量的調相機暫態(tài)功角穩(wěn)定性更強；新能源功率大規(guī)模、長距離地輸送對調相機的暫態(tài)功角穩(wěn)定性不利。調相機慣量的影響調相機慣量的影響慣量變化時功角曲線調相機慣量的影響調相機慣量的影響慣量變化時功角曲線d電氣距離的影響電氣距離變化時功角曲線電氣距離的影響P起可→→3.3影響因素分析西安交通大學22深度低穿控制策略對調相機的暫態(tài)功角穩(wěn)定性不利；隨著新能源有功恢復速率的減慢，穩(wěn)定性會先降低后提升P啟RPh低穿深度影響88003.3影響因素分析33增設同步調相機可以顯著增加以電壓安全或短路比為約束的新能源出力極限，但會引入新的 影響因素靈敏度分析否是2新能源+同步發(fā)電機暫態(tài)功角穩(wěn)定性3新能源+同步調相機暫態(tài)功角穩(wěn)定性口“新能源+同步發(fā)電機”與"新能源+同步調相機”系口“新能源+同步發(fā)電機”與"新能源+同步調相機”系統(tǒng)在動力學意義上具有一致性。新能源輸出可等效為同步機的“機