装有光伏系统的电力系统瞬态稳定性分析外文翻译资料

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毕业论文（设计）

英文翻译

译文标题 装有光伏系统的电力系统瞬态稳定性分析

原文标题 Transient Stability Analysis of Power System with Photovoltaic System

装有光伏系统的电力系统瞬态稳定性分析

M.Yagami *，S.Ishikawa *，Y.Ichinohe *，K. Misawa *，J.Tamuradagger;

*北海道科学大学，4-1，前田，Sap o，札幌，006-8585日本

dagger;北大理工学院，165，Koen-cho，北见，090-8507日本

关键词：光伏，低压穿越（LVRT），同步发电机，无限总线，瞬态稳定。

理论

大型并网光伏（PV）的影响本文对电力系统瞬态稳定性进行了讨论。为响应光伏产能的增加，其容量传统的同步发电机需要减少相对。 这导致较低的系统惯量和更高的发电机电抗，因此电力系统瞬态稳定性可能会受到负面影响。 尤其是，对瞬态稳定性的影响可能会变得更加严重当大量的光伏系统是在电压下垂期间同时断开。 在这项工作中，重大光伏渗透的潜在影响通过数值模拟评估瞬态稳定性PSCAD / EMTDC。

1介绍

随着全球变暖越来越多的担忧，太阳能光伏发电量全世界的增长。 特别是在日本的投资领域的光伏发电一直在增加。 2011年，日本共计安装了1295兆瓦光伏，增长了31％超出了上一年的安装， 累积

2011年光伏系统装机容量达到4.9吉瓦占国家发电总量的2.1％[1]。此外，在2012年7月，日本也推出了可再生能源的上网电价计划能源。因此，光伏市场预计继续显著增长。 但是，扩大光伏安装系统的行为对电源的影响很大。

随着电力系统光伏发电量的增加，几个火力发电厂需要关闭或在热单元的输出功率必须最小维持电力供需平衡。 但是，低输出的发电机运行导致增加运行成本，发电机容量的降低主要是采取。 结果，瞬态稳定将会由于系统惯性较小而导致负面影响更高的发电机电抗。 另一方面，当一个故障发生在电力系统中，光伏系统的某些部分可能会发生由于电压骤降，与电网断开连接。

断路导致PV发电量下降，因此a可能引起电网系统中的进一步的电压下降。最终，大量的光伏系统可能是

与网格断开连接。 在这种情况下，不仅是短暂的稳定性将受到影响，而且频率稳定将因大功率而受到重大影响频率控制发生器较少。 在为防止频率下降，电力系统运营商将要求光伏系统配备低电压穿越（LVRT）能力。 LVRT要求规定PV需要在临时故障期间保持连接提供故障后电压支持[2]。

在本文中，大型并网光伏的影响在电力系统上具有或不具有LVRT功能基于数值讨论瞬态稳定性使用PSCAD / EMTDC软件进行仿真分析。这项工作的突出特点是瞬态稳定对于具有和的两个电力系统模型进行分析没有无限公共汽车。即光伏系统与一个大型电力系统连接，无限的公共汽车或一个比较小的系统没有无限的公共汽车在瞬态稳定性模拟中考虑。在附近未来，GW规模光伏系统的断开将是发生。在大电力系统中，损失的影响PV的有功功率对瞬态稳定性可能很小由于其他电源供电足够包括无限巴士。另一方面，在小功率系统中，同步发电机可能受到较大的影响当PV断开时减速，因此，极端的情况下，发电机可能会失控

减速方向由于瞬态稳定主要是一个瞬时能量平衡问题，重要的是考虑LVRT能力存在的影响和无限总线上的瞬态稳定性。

2模拟模型

2.1电力系统模型

图 1显示了9母线电力系统模型[3]模拟分析，由三个功率组成来源，一个500 MVA（SG1）的同步发电机，一个无限总线或500 MVA的另一台同步发电机（SG2），以及500兆瓦（PV）或三分之一的大型光伏电站

同步发电机500 MVA（SG3）。 每个电源源通过升压变压器连接到500 kV

图 1：电力系统模型

表1：同步发电机参数

EA：端子电压EAS：端子电压参考

EF：场电压EFS：场电压参考

（a）AVR

Sg：发电机转速SgS：发电机转速参考

TQT：涡轮扭矩

(b) Governor

图 2：AVR和调速器型号。

总线和双回路传输线， 阻力并且初始功率流量以每单位值显示电力系统基础为1000 MVA，图1 在这种情况下安装PV后，考虑LVRT的存在能力于光伏逆变器。 本工作考虑的LVRT特性很简单 具有LVRT功能的光伏逆变器保持不变即使其端子电压是与电网的连接下降了 另一方面，没有LVRT的光伏逆变器当其终端能力与电网断开时电压下降到额定电压的70％以下[4]对于剩余时间段保持断开连接模拟。

用于每个同步发电机的参数是自动调压器（AVR）[5]和调速器控制系统如图1所示。 2也是包含在每个发电机模型中。 在电力系统模型中，假定对称三线对地（3LG）故障网络干扰 故障发生在SG1附近0.1秒，

故障线路上的断路器（CB）打开0.17秒，并在1.17秒，它们被重新关闭。 500 kV传输线在日本，重新固定在一个固定的时间50次循环的间隔（即，对于50Hz系统为1.0秒）通过了。

2.2光伏模型

PV系统模型如图1所示。 它由PV组成模块，逆变器和低通（LC）滤波器。 PV模块是用电压源表示，因此PV输出为恒定在稳定状态， 这意味着辐射和光伏电池温度在模拟期间是恒定的。 在一般来说，在a的时间窗中分析瞬态稳定性几秒到几十秒， 因此可能对瞬态稳定性分析有效。

遗传脉宽调制（PWM）电源转换器用作光伏逆变器。 变频器控制从PV模块注入的有功和无功功率系统。 保持有功和无功功率参考设定点，控制变频器的电流通过使用矢量控制技术。 目前的限制在这个模型中不考虑过电流。 目前，大多数的PV逆变器设计为以统一功率运行因子[4]，因此反应的参考值在每种情况下，功率设置为零。

图3：光伏系统控制框图

3模拟结果

3.1无限公共电力系统稳定性分析

首先，电力系统的瞬态稳定性无限巴士被讨论， 图4示出了相位角响应SG1，比较传统同步的效果发电机和光伏系统的瞬态稳定性，我们有在功率方面考虑了三个模拟条件来源如下：（1）连接SG3而不是PV，（2）

连接PV，无LVRT能力，（3）连接具有LVRT功能的PV。

可以看出，相位角摆动的第一个峰值是在没有LVRT的PV的情况下减少。 换一种说法，同步发电机失调的风险变低在没有LVRT的PV安装的电力系统中。

图5显示了SG1的动能响应。 可以看到，在没有LVRT实施的PV的情况下，存储在SG1转子中的动能可以被释放与其他情况相比迅速。 没有LVRT的PV是由于电压骤降而与电网断开发生故障。 PV的断开增加了功率SG1的负载，因此SG1的输出功率被扩大。另一方面，作为原动机的机械动力SG1不能快速增加，SG1的输出功率为从在该期间存储的动能提供加速期。 存储在转子中的动能快速释放，因此相位角的波动

在没有PV的情况下动能被约束LVRT。

图6显示了每个电源的有功功率情况与PV安装有或没有LVRT实施。在这两种情况下，发生故障时，SG1的有功功率并且PV由于电压骤降而减小。另一方面，这期间无限巴士的有功功率增加，因为总线电压是一个常数。故障后清算，SG1的有功功率增加，SG1的端电压恢复。在PV的情况下随着LVRT的实施，PV的有功功率也是增加。为了维持供需平衡，因此，来自无限巴士的有功功率不会增加这么多。每个电源的有功功率收敛，以达到稳态值。上另一方面，在没有LVRT的PV的情况下实施后，PV的有功功率保持在0 pu

因为没有LVRT的PV与电网断开到电压下垂。电力短缺造成的PV的断开被SG1的有功功率所覆盖无限巴士。但是，作为输出功率的最大值SG1受到涡轮机负载限制器的限制，有功功率从无限的巴士得到非常大的。在小电力系统中，电力短缺只能由有功功率覆盖的电源在本地网络。

3.2无级总线电力系统稳定性分析

接下来，电力系统的瞬态稳定性没有讨论无限车。 同步发电机SG2是与电网连接而不是无限总线。

图 4：SG1的相位角（带无限总线）

图5：SG1的动能（带无限总线）

图6：有功功率来自SG1，PV和无限总线

图7示出了SG1和SG2的相位角响应 的所示的相位角相对于位移角摆动发生器SG2的相位角。 可以看出，在这种情况下SG1的相位摆动的第一个峰值实施的LVRT与PVRT相比有所下降在其他情况下。 另一方面，相位角在没有LVRT实施PV的情况增加显着，然后减少到0度。 图 8显示每个同步的动能响应发电机。 可以看出，在没有LVRT的PV的情况下SG1和SG2的动能降低朝0 pu 也就是说，SG1和SG2在这个过程中脱颖而出减速方向。

图 9-11显示了有功功率的响应无功功率和每个电源的端子电压分别。 从图中可以看出。 在这种情况下，图9（a）和（b）与PVV实施无PVRT的活跃权力故障清除后，SG1和SG2显着上升0.17秒 这是因为要维持电源供应光伏隔离后平衡。 但是，同步发电机的原动机功率受涡轮机负载限制器限制，转子受到影响由于不平衡而导致大的减速机械输入功率和电力输出功率。 作为一个结果，存储在转子中的动能非常大释放，因此发电机不合规定减速方向。

在具有LVRT的PV的情况下，SG1和...的有功功率故障清除后，SG2也大幅上升PV的有功功率在周围暂时下降1.5秒但是，SG1和SG2不会因为失误而失控故障后维护PV的电源。光伏逆变器被控制以保持有源和无功功率在参考设定点。结果，大电流当端子电压下降时，从PV流向电网由于故障。因此，如图1所示。 9（c），活动当端子电压时，PV的功率变得非常大通过清除故障来恢复PV。另外，作为来自PV与LVRT的无功功率增加约1.0秒如图10（c）所示，PV的端子电压也是如此增加如图1所示。 11（c）。因此，有功功率在这段时间内，光伏发电显着增加。维持电力供需平衡，SG1的有功功率故障清除后的SG2保持在低值直到约1.0秒。结果，大量的动力学能量存储在转子中，因此存在同步SG1和SG2的发电机加速情况与SG3安装，从图中可以看出。

从图中可以看出，在具有LVRT的PV的情况下SG1和SG2的动能上升故障后显着。如前所述，这是因为发电机输出故障清除后不能由于具有LVRT的PV的有功功率而扩大。如图7所示，SG1的相位摆动在这种情况下实施LVRT的PV显着受到限制。即同步发电机失步的风险在具有LVRT的PV的电力系统中变得较低

实施。但是，加速或减速转子会引起严重的机械应力。因此，为了快速释放储存在转子中的动能，可能

值得改变光伏逆变器的控制方式恒压控制。如果光伏提供足够的反应电源故障后，端子电压和有效同步发电机的功率增加。因此，同步发电机可能受到减速功率由于机械输入功率之间的不平衡和电力输出功率，以及动能偏差可能受到限制。

图 7：SG1和SG2的相位角（无限）总线

图 8：SG1和SG2的动能（无限）总线

图 9：SG1，SG2和PV或SG3的主动权（无限公车） 图10：SG1，SG2和PV或SG3的无功功率（无限公车）

4、结论

本文提出了一个评估高渗透影响的案例研究PV对电力系统的瞬态稳定性，考虑到模拟分析光伏逆变器和无限总线的LVRT能力存在在电力系统模型中。 获得的结果总结如下：（1）具有无限总线的电力系统光伏系统连接相对较大的电力系统或小型光伏系统相比电力系统的容量是假定。 通过仿真结果得出结论同步发电机失步的风险变成了在没有安装L

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