基于局部量测信息的含风电场/群互联电网功率振荡能量解析方法与广域协调控制策略研究

Electromechanical oscillation has been one of the most severe threats for the safe and economic operation of modern power systems due to the increasing large interconnection of power grids and the high penetration of wind energy. Because of the randomicity of wind power, electromechanical oscillation interference will become prominent along with the increase of wind energy.In modern power system, the application of Wide Area Measurement System (WAMS) via PMU have influenced the future of development of advanced technique implemented in electrical power engineering, particularly in the power system measurement, monitoring, protection and control.The major problems in application of WAMS are: the identification of oscillation source and bottleneck, the selection of control signal.And it is also necessary to design coordination control strategy for the key soure and power grid to damp the oscillation of large scale power system with significant wind energy penetration. In this project, the electromechanical oscillation will be analyzed from the point of view of energy based on massive spring system.The energy function will be develped with the consideration of synchronous generator, power grid, load and wind farm, then the inherence relations between distribution characteristics of energy and electromechanical oscillation will be explored.With the help of a remote signal based wide-area damping controller (WADC),the stability of large interconnected power systems could be efficiently enhanced. But uncertainty in system parameters and signal transmission time delay could worsen the damping effect and deteriorate the system stability. On the basis of above studies, the local measurement basied coordination control strategy with the consideration of time dely to damp the energy oscillatin will be developed.

大规模风电并入电网后，风力发电出力的强随机性和不可控性导致发生电力系统振荡的潜在威胁增大。基于传统的以离线特征向量分析的、基于本地信号的振荡阻尼控制策略难以适应多变的系统运行方式。广域相量测量系统（WAMS）的应用为提高系统振荡阻尼控制性能提供新手段，但如何实时辨识振荡源、薄弱环节、选取更加有效的广域信号以及包含风电机组的关键 "源"和关键"网"节点的协调控制是一个需要解决的问题。本课题将电力系统功率振荡问题近似为质量弹簧系统的振动问题，构建以能量的角度研究电力系统功率振荡的分析方法。建立仅依赖于含风电场/群的互联电网可观测的状态量的能量转换关系，探索系统能量在发电机、网络以及负荷的能量分布特征与功率振荡间的内在联系，进行振荡源、弱阻尼区域与薄弱环节辨识。在上述工作的基础上，研究基于局部量测、计及时滞效应的、以镇定能量波动为目标的计及风电机组以及其他源-网的广域协调控制策略。

本项目针对规模化风电场/群并网后互联电网的功率振荡安全性防御问题开展研究，在深入分析互联电网功率振荡时空分布特征的基础上，采用理论分析与数值仿真相结合的方法，对含规模化风电的互联电网的低频振荡分析与控制问题进行了深入研究。研究内容包括：（1）研究了计及风电场的电力系统弹性力学模型构建及拓扑映射方法。以经典弹性力学模型为参考，构建互联电网“源-网-荷”不同元件的弹性力学数学模型，提出了基于量测的互联电力系统弹性力学拓扑映射方法。（2）构建了定义于系统响应的基于网络的模式势能函数。计算不同模式下网络中的任意支路的势能，研究模式势能的构成。（3）提出了用于含风电场的互联电网功率振荡能量解析方法。分析系统模式势能在网络各支路分布特性，分析支路模式势能分布与小干扰稳定性关系。（4）基于能量时空分布特征进行含风电场的互联电网功率振荡薄弱环节识别。在分析模式势能变化特点基础上，建立基于支路信息的系统低频振荡振荡度判据。评价网络中支路以及割集对系统小干扰稳定性的影响，确定网络中的薄弱环节。提出快速判别各发电机参与度和系统主导振荡路径方法。（5）基于广域局部量测信息的含风电场群互联电力系统广域阻尼控制策略。利用模式总能量耗散原理结合滑模变结构和鲁棒控制理论设计一种新颖的能量滑模鲁棒控制策略(sliding mode control-H∞，SMCH)用于设计广域阻尼控制器以便改善双馈风机阻尼控制能力。本项目按计划已顺利完成项目计划书中的工作，取得了较为系统、特色鲜明的创新成果。受项目资助发表在国内外学术期刊和会议上的论文有20余篇，其中SCI检索8篇，EI检索12篇；申请发明专利3件，授权2件，获吉林省科技进步一等奖1项。本项目可为规模化风电接入电网的功率振荡分析与抑制提供有利支撑，促进新能源开发利用。