并網風電場對電力系統電壓穩定性影響的研究論文

2021-04-12 論文

　　摘要：闡述了國內外風力發電的發展和現狀，分析了風力發電的類型和特點以及風電場并網的相關問題，研究了風電場的接入對電網電壓的影響。并通過PSCAD中對恒頻恒速的普通異步電動機組和變速恒頻的雙饋電動機組成的風電場構建仿真模型得出一系列的結論。

　　關鍵詞：風力發電;潮流計算;電壓穩定性

　　0引言

　　風力發電作為可再生能源中一種重要的利用形式，是目前技術最成熟，最具規模開發的發電形式。由于風資源的大規模開發、單一風電場裝機容量的增加，導致風力發電在電網中所占比例越來越大。風電的大量接入改變了電網中原有的潮流分布，而且風速的隨機性和間歇性導致風力機輸出功率不穩定，風電場輸出功率的波動性會對電網電壓造成嚴重影響。因此，深入研究并網風電場對地區電網電壓穩定性的影響，對開發和規劃風電場都具有重要的現實意義。

　　1課題的目的及意義

　　風力發電由于其在減輕環境污染、調整能源結構、解決偏遠地區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和利用。

　　風速的隨機性和間歇性導致風力發電機功率的不穩定性，風電場并網運行對電力系統電能質量、安全穩定帶來諸多負面的影響，為了更加充分的開發利用風力資源，在風電場建設之前，需要對并網風電場接入電力系統穩定的影響做深入的研究分析，并計算出風電在電力系統中的最佳配置容量，這對風電場的規劃設計以及電力系統的穩定運行都有著重要意義。

　　2風力發電機組的分類

　　風力發電機是一種將風能轉換為機械能，再由機械能轉換為電能的機電裝置。風力發電過程是：空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉換成機械能，葉輪的轉軸與發電機的轉軸相連，通過傳動機構將機械能送至發電機轉子，帶動著轉子旋轉發電，實現由機械能向電能的轉換，最后風電機組將電能通過風電場變電站升壓與電網連接。在本課題中，我們主要是結合建立的標準風電機組的數學模型，進行各種計算與仿真，分析并網風電場對電網電壓穩定的影響。

　　風力發電機組按照控制方式一般分為恒速恒頻和變速恒頻兩種類型。當風力發電機組并網時，要求風電的頻率與電網的頻率保持一致，即保持頻率恒定。恒速恒頻就是在風力發電過程中，保持風車的轉速(即發電機的轉速)不變，從而得到恒頻的電能。在風力發電過程中葉片的轉速隨風速而變化，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風電場接入對電網電壓影響的研究

　　風電場大多在電網的末端，網絡結構比較薄弱，其短路容量較小，在風速、風力機組類型、控制系統、電網狀況、偏航誤差以及風剪切等因素的擾動下，必然導致輸出功率的變化和電壓的波動，從而影響電能質量和電壓的穩定性。風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電功率大小有關、而且與風電場分布和變化特性等有關。由于風力發電機對所連接的母線電壓非常敏感，當系統發生擾動時，系統電壓若降低到0.85 pu以下，風機會從電網脫機。由于很多的擾動和故障是瞬時的，當擾動后又再次投入運行，隨著風機單機容量的增大和風電場規模的增大，這個投切的過程對電網的沖擊很大。

　　4并網風電場電壓穩定的仿真分析

　　在PSCAD中對恒頻恒速的普通異步電動機組和變速恒頻的雙饋電動機組成的風電場構建了仿真模型，可以得出以下結論：(1)結合實際的案例仿真對模型進行論證得出靜止無功補償裝置SVC有效提高了電壓暫態穩定性。

　　(2)雙饋機組具有變速特性，正常情況下電網側發生三相短路故障時，由于故障線路的切除導致電網結構變弱，機端電壓下降，無法保證電壓穩定特性，轉子短路保護控制對改善暫態電壓具有較優的性能。

　　(3)在仿真不同參數對電網靜態電壓穩定影響時發現，增加短路容量可以增強抗干擾能力，當短路容量比超過10%風電場失去穩定。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參數對風電場穩定也起到一定作用。采用轉子反饋控制也可改善故障后電壓穩定特性。

　　5結論

　　(1)建立了風力機的空氣動力學模型、機械傳動機構模型、普通異步風力發電機組和雙饋式風力發電機組的數學模型以及風電場的等值模型。

　　(2)對普通異步發電機和雙饋異步發電機的功率特性進行分析，結合常規潮流計算的基本原理確定包含風電場的電力系統潮流計算方法。

　　(3)應用PSCAD電力分析軟件建立了普通異步電機與雙饋風電機組的數學模型和控制模型，從而得到優化的方案。

　　參考文獻：

　　[1]李俊峰，高虎，王仲穎.中國風電發展報告[R].北京：中國環境科學出版社，2008