风电并网电力系统暂态分析

本书主要介绍了现代变速恒频风电机组及其规模化并网电力系统的故障分析与暂态稳定问题、数学建模与分析方法。本书分为三个部分，共9章。绪论为第1和第2章，介绍电网故障扰动下风电机组控制保护结构、风电并网电力系统的特殊性；上篇为第3～第5章，分析电网对称、不对称短路故障期间风电机组的故障电流特征；下篇为第6～第9章，分析机电时间尺度、电磁时间尺度下风电并网电力系统的暂态稳定问题。

“智能电网技术与装备丛书”序
序一
序二
前言
绪论
第1章高比例并网风电与电力系统暂态问题3
1.1风电发展现状与趋势3
1.2高比例风电并网电力系统的暂态事故与影响5
1.2.1典型暂态事故5
1.2.2冀北风电脱网事故5
1.2.3英国电网大停电事故6
1.3风电并网标准及其演化7
1.3.1风电并网标准的发展趋势7
1.3.2有功功率与频率控制能力8
1.3.3故障穿越能力9
1.4本书的章节安排12
参考文献14
第2章并网风电控制保护及其多时间尺度暂态响应过程16
2.1引言16
2.2风电机组的基本组成与功能16
2.3电网对称条件下风机的控制保护策略18
2.3.1并网风机的常规控制18
2.3.2并网风机快速频率响应控制23
2.3.3并网风机故障穿越策略25
2.4电网不对称条件下风机的控制保护策略33
2.4.1电网不对称条件下的控制目标33
2.4.2基于正/反转同步速坐标系的PI电流控制策略35
2.4.3基于正转同步速坐标系的PI-R电流控制策略38
2.4.4机侧变换器输出电压约束对不对称控制的影响与对策40
2.5并网风电多时间尺度物理/控制环节及暂态响应过程43
2.5.1并网风机物理/控制环节的多时间尺度特征43
2.5.2物理/控制环节动作过程与故障特征的联系44
2.5.3物理/控制环节动作过程与暂态稳定的联系46
2.6本章小结46
参考文献47
上篇风电并网电力系统的故障电流分析
第3章电网对称短路故障期间风电机组故障电流的暂态特征分析53
3.1引言53
3.2近端三相短路故障期间风电机组的简化数学模型53
3.2.1不同故障穿越控制保护策略作用下双馈发电机转子电压55
3.2.2双馈风机的数学模型56
3.3双馈风机故障电流的运算电感分析方法58
3.3.1运算电感的定义58
3.3.2故障电流组成分量的频率与幅值60
3.3.3故障电流的稳态与暂态成分61
3.3.4故障电流组成分量的衰减时间常数与频率偏移量62
3.3.5近端三相短路期间双馈风机故障电流的数学表达式62
3.4双馈风机对称故障电流的暂态特征与计算结果63
3.4.1双馈风机故障电流的电磁暂态仿真与计算结果63
3.4.2双馈风机故障电流的动模验证与计算结果68
3.5风电并网电力系统距离保护面临的挑战71
3.5.1双馈风机短路电流引起的一段距离保护误动作73
3.5.2误动作原因分析74
3.6本章小结77
参考文献78
第4章电网对称短路故障期间双馈风机故障电流特征的磁路机制分析80
4.1引言80
4.2双馈发电机的基本磁路与电感80
4.3转子电流对双馈发电机主磁通的挤出现象84
4.4双馈风机的等效电感86
4.4.1从定子端口侧看入的等效电感86
4.4.2从转子端口侧看入的等效电感87
4.5双馈风机的定转子磁链激励88
4.5.1双馈风机的分析子系统88
4.5.2子系统S1的定转子磁链分量89
4.5.3子系统S2的定转子磁链分量90
4.6双馈风机磁链-电流的代数关系模型91
4.7本章小结93
参考文献94
第5章电网不对称短路故障期间风电机组故障电流的暂态特征分析95
5.1引言95
5.2电网不对称条件下双馈风机的故障穿越策略95
5.3电网不对称短路故障期间双馈风机的磁链分析99
5.3.1不对称故障期间双馈风机的子系统99
5.3.2定子磁链和转子磁链分析101
5.4电网不对称短路期间双馈风机的故障电流分析102
5.4.1不同控制时间尺度的等效电感计算102
5.4.2不对称故障下双馈风机磁链-电流的代数关系模型103
5.5双馈风机不对称故障电流的暂态特征与计算结果106
5.6本章小结109
参考文献110
下篇风电并网电力系统的暂态稳定分析
第6章风电暂态特性及其并网电力系统多时间尺度暂态稳定问题113
6.1引言113
6.2并网风电多时间尺度暂态特性及典型特征113
6.3风电并网电力系统多时间尺度暂态稳定问题及主导环节116
6.3.1风电暂态特性与电力系统暂态过程响应的一般关系116
6.3.2风电并网电力系统暂态稳定问题特点117
6.3.3多时间尺度暂态稳定问题主导环节119
6.4本章小结120
参考文献121
第7章暂态故障下风机多时间尺度“激励-响应”关系模型122
7.1引言122
7.2故障特征与环节动作的联系123
7.2.1不同故障场景下的环节动作情况123
7.2.2描述故障特征的指标及其与环节动作的联系133
7.3基于扰动特征的风机多时间尺度暂态模型体系135
7.3.1级联多时间尺度“激励-响应”模型135
7.3.2不同持续时间的浅度故障下建模139
7.3.3不同持续时间的深度故障下建模141
7.3.4多时间尺度模型与扰动特征的对应关系143
7.4本章小结144
参考文献145
第8章风电并网电力系统机电时间尺度暂态稳定分析146
8.1引言146
8.2风机机电时间尺度暂态简化分析模型146
8.2.1常规控制下“激励-响应”关系简化分析模型148
8.2.2暂态控制下“激励-响应”关系简化分析模型149
8.2.3多种暂态模型在机电时间尺度暂态行为分析中的应用152
8.3锁相同步风电主导电力系统的机电时间尺度暂态稳定机理153
8.3.1暂态稳定机理153
8.3.2浅度故障下风电主导电力系统的机电时间尺度暂态稳定性156
8.3.3深度故障下风电主导电力系统的机电时间尺度暂态稳定性161
8.4锁相同步风电-同步机互联系统机电时间尺度暂态稳定性169
8.4.1锁相同步风电-同步机互联系统暂态稳定机理169
8.4.2浅度故障下互联系统机电时间尺度暂态稳定性174
8.5多时间尺度相互作用及其对机电时间尺度暂态稳定性的影响180
8.5.1风电并网电力系统多时间尺度串/并行相互作用180
8.5.2直流电压时间尺度控制对机电时间尺度暂态稳定性的影响184
8.6本章小结185
参考文献186
第9章风电并网电力系统直流电压时间尺度暂态稳定分析187
9.1引言187
9.2全功率风机直流电压时间尺度暂态简化分析模型188
9.2.1浅度故障下“激励-响应”关系简化分析模型189
9.2.2深度故障风机暂态简化分析模型190
9.3浅度故障下全功率风机并网电力系统直流电压时间尺度暂态稳定性191
9.3.1风机并网电力系统直流电压时间尺度振荡特征191
9.3.2风机并网电力系统直流电压时间尺度稳定机理197
9.4深度故障下全功率风机并网电力系统直流电压时间尺度暂态稳定性213
9.4.1风机并网电力系统直流电压时间尺度下的暂态特性213
9.4.2风机并网电力系统直流电压时间尺度下的暂态稳定影响因素215
9.5本章小结220
参考文献221