并網(wǎng)風(fēng)電場對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響的研究論文
摘要：闡述了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析了風(fēng)力發(fā)電的類型和特點以及風(fēng)電場并網(wǎng)的相關(guān)問題，研究了風(fēng)電場的接入對電網(wǎng)電壓的影響。并通過PSCAD中對恒頻恒速的普通異步電動機(jī)組和變速恒頻的雙饋電動機(jī)組成的風(fēng)電場構(gòu)建仿真模型得出一系列的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;潮流計算;電壓穩(wěn)定性
0引言
風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源中一種重要的利用形式，是目前技術(shù)最成熟，最具規(guī)模開發(fā)的發(fā)電形式。由于風(fēng)資源的大規(guī)模開發(fā)、單一風(fēng)電場裝機(jī)容量的增加，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中所占比例越來越大。風(fēng)電的大量接入改變了電網(wǎng)中原有的潮流分布，而且風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)輸出功率不穩(wěn)定，風(fēng)電場輸出功率的波動性會對電網(wǎng)電壓造成嚴(yán)重影響。因此，深入研究并網(wǎng)風(fēng)電場對地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響，對開發(fā)和規(guī)劃風(fēng)電場都具有重要的現(xiàn)實意義。
1課題的目的及意義
風(fēng)力發(fā)電由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來越受到世界各國的重視并得到了廣泛的開發(fā)和利用。
風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的不穩(wěn)定性，風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、安全穩(wěn)定帶來諸多負(fù)面的`影響，為了更加充分的開發(fā)利用風(fēng)力資源，在風(fēng)電場建設(shè)之前，需要對并網(wǎng)風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響做深入的研究分析，并計算出風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的最佳配置容量，這對風(fēng)電場的規(guī)劃設(shè)計以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行都有著重要意義。
2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)電裝置。風(fēng)力發(fā)電過程是：空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，通過傳動機(jī)構(gòu)將機(jī)械能送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，帶動著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，實現(xiàn)由機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，最后風(fēng)電機(jī)組將電能通過風(fēng)電場變電站升壓與電網(wǎng)連接。在本課題中，我們主要是結(jié)合建立的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行各種計算與仿真，分析并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按照控制方式一般分為恒速恒頻和變速恒頻兩種類型。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)時，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致，即保持頻率恒定。恒速恒頻就是在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速(即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速)不變，從而得到恒頻的電能。在風(fēng)力發(fā)電過程中葉片的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化，而通過其它控制方式來得到恒頻電能的方法稱為變速恒頻。
3風(fēng)電場接入對電網(wǎng)電壓影響的研究
風(fēng)電場大多在電網(wǎng)的末端，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較薄弱，其短路容量較小，在風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)組類型、控制系統(tǒng)、電網(wǎng)狀況、偏航誤差以及風(fēng)剪切等因素的擾動下，必然導(dǎo)致輸出功率的變化和電壓的波動，從而影響電能質(zhì)量和電壓的穩(wěn)定性。風(fēng)電場對電壓的影響主要包括電壓波動，閃變以及波形畸變電壓不平衡等。電壓的波動幅度不僅與風(fēng)電功率大小有關(guān)、而且與風(fēng)電場分布和變化特性等有關(guān)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)對所連接的母線電壓非常敏感，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動時，系統(tǒng)電壓若降低到0.85 pu以下，風(fēng)機(jī)會從電網(wǎng)脫機(jī)。由于很多的擾動和故障是瞬時的，當(dāng)擾動后又再次投入運(yùn)行，隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增大和風(fēng)電場規(guī)模的增大，這個投切的過程對電網(wǎng)的沖擊很大。
4并網(wǎng)風(fēng)電場電壓穩(wěn)定的仿真分析
在PSCAD中對恒頻恒速的普通異步電動機(jī)組和變速恒頻的雙饋電動機(jī)組成的風(fēng)電場構(gòu)建了仿真模型，可以得出以下結(jié)論：(1)結(jié)合實際的案例仿真對模型進(jìn)行論證得出靜止無功補(bǔ)償裝置SVC有效提高了電壓暫態(tài)穩(wěn)定性。
(2)雙饋機(jī)組具有變速特性，正常情況下電網(wǎng)側(cè)發(fā)生三相短路故障時，由于故障線路的切除導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變?nèi)酰瑱C(jī)端電壓下降，無法保證電壓穩(wěn)定特性，轉(zhuǎn)子短路保護(hù)控制對改善暫態(tài)電壓具有較優(yōu)的性能。
(3)在仿真不同參數(shù)對電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定影響時發(fā)現(xiàn)，增加短路容量可以增強(qiáng)抗干擾能力，當(dāng)短路容量比超過10%風(fēng)電場失去穩(wěn)定。傳輸線阻抗比X/R的變化對電壓特性也有一定影響，選擇合適的傳輸線阻抗比X/R參數(shù)對風(fēng)電場穩(wěn)定也起到一定作用。采用轉(zhuǎn)子反饋控制也可改善故障后電壓穩(wěn)定特性。
5結(jié)論
(1)建立了風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)模型、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)模型、普通異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型以及風(fēng)電場的等值模型。
(2)對普通異步發(fā)電機(jī)和雙饋異步發(fā)電機(jī)的功率特性進(jìn)行分析，結(jié)合常規(guī)潮流計算的基本原理確定包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計算方法。
(3)應(yīng)用PSCAD電力分析軟件建立了普通異步電機(jī)與雙饋風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型和控制模型，從而得到優(yōu)化的方案。
參考文獻(xiàn)：
[1]李俊峰，高虎，王仲穎.中國風(fēng)電發(fā)展報告[R].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008
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