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，

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:

UsssssrmsrrrsrmIrjxIIjxrUIjxIIjxss (1)

其中，sU为定子端电压，sI为定子电流，rU为转子绕组外接电源的电压，rI为转子电流，sr和sx分别为定子绕组的电阻和电抗，rr和rx分别为转子绕组的电阻和电抗，s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，mI为励磁电流，E为感应电动势。

sUsUrmXgXrXgrsrrrIsImIE

图1 双馈感应发电机稳态等值电路

由图1可知：

ssssEUIRjX (2)

/mmIEjX (3)

rmsIII (4)

rrrrUsEIRjsX (5)

式中，定子电压sU、定子电流sI与转子电压rU、转子电流rI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。

垂直校正 预测

临界点 水平校正

PDEBCAVmaxP2P1PP

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maxP，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maxP，在连续预报期间，P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eP由定子绕组发出的有功功率sP和转子绕组发出或吸收的有功功率rP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rP可用定子绕组有功功率sP和无功功率sQ来表示，即

222222222rssssrsrssrssmmmsrxPQrUrxPQsPxxxU (6)

式中，sssmxxx。则双馈感应发电机注入系统总有功功率为

2222222221esrrssssrsrssssmmmsPPPrxPQrUrxQsPxxxU (7)

双馈感应发电机的无功功率eQ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sQ，另一部分是变流器在发电机转子侧吸收的无功功率rQ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rQ相对较小，可以忽略，因而双馈风电机组的无功功率eQ可以近似为定子绕组的无功功率sQ。若风电机组功率因数设定值为cos，则有：

tanessQQP (8)

代入式(7)，得： 222222222tan1tan1esrrsrsssrsssmmmsPPPrUrxPrxsPxxxU (9)

（3）.p-v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。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; 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为潮流计算的误差精度；矩阵b1每一列依次为支路首端、279385641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matlab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