并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對電力系統電壓穩定性影響的研究論文
摘要：闡述了國內外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展和現狀，分析了風(fēng)力發(fā)電的類(lèi)型和特點(diǎn)以及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題，研究了風(fēng)電場(chǎng)的接入對電網(wǎng)電壓的影響。并通過(guò)PSCAD中對恒頻恒速的普通異步電動(dòng)機組和變速恒頻的雙饋電動(dòng)機組成的風(fēng)電場(chǎng)構建仿真模型得出一系列的結論。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;潮流計算;電壓穩定性
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，最具規模開(kāi)發(fā)的發(fā)電形式。由于風(fēng)資源的大規模開(kāi)發(fā)、單一風(fēng)電場(chǎng)裝機容量的增加，導致風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中所占比例越來(lái)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)速的隨機性和間歇性導致風(fēng)力機輸出功率不穩定，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)性會(huì )對電網(wǎng)電壓造成嚴重影響。因此，深入研究并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對地區電網(wǎng)電壓穩定性的影響，對開(kāi)發(fā)和規劃風(fēng)電場(chǎng)都具有重要的現實(shí)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、調整能源結構、解決偏遠地區居民用電問(wèn)題等方面的突出作用，越來(lái)越受到世界各國的重視并得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。
風(fēng)速的隨機性和間歇性導致風(fēng)力發(fā)電機功率的不穩定性，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運行對電力系統電能質(zhì)量、安全穩定帶來(lái)諸多負面的`影響，為了更加充分的開(kāi)發(fā)利用風(fēng)力資源，在風(fēng)電場(chǎng)建設之前，需要對并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統穩定的影響做深入的研究分析，并計算出風(fēng)電在電力系統中的最佳配置容量，這對風(fēng)電場(chǎng)的規劃設計以及電力系統的穩定運行都有著(zhù)重要意義。
2風(fēng)力發(fā)電機組的分類(lèi)
風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉換為機械能，再由機械能轉換為電能的機電裝置。風(fēng)力發(fā)電過(guò)程是：空氣流動(dòng)的動(dòng)能作用在葉輪上，將動(dòng)能轉換成機械能，葉輪的轉軸與發(fā)電機的轉軸相連，通過(guò)傳動(dòng)機構將機械能送至發(fā)電機轉子，帶動(dòng)著(zhù)轉子旋轉發(fā)電，實(shí)現由機械能向電能的轉換，最后風(fēng)電機組將電能通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)變電站升壓與電網(wǎng)連接。在本課題中，我們主要是結合建立的標準風(fēng)電機組的數學(xué)模型，進(jìn)行各種計算與仿真，分析并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對電網(wǎng)電壓穩定的影響。
風(fēng)力發(fā)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(lèi)型。當風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)時(shí)，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(guò)程中，保持風(fēng)車(chē)的轉速(即發(fā)電機的轉速)不變，從而得到恒頻的電能。在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中葉片的轉速隨風(fēng)速而變化，而通過(guò)其它控制方式來(lái)得到恒頻電能的方法稱(chēng)為變速恒頻。
3風(fēng)電場(chǎng)接入對電網(wǎng)電壓影響的研究
風(fēng)電場(chǎng)大多在電網(wǎng)的末端，網(wǎng)絡(luò )結構比較薄弱，其短路容量較小，在風(fēng)速、風(fēng)力機組類(lèi)型、控制系統、電網(wǎng)狀況、偏航誤差以及風(fēng)剪切等因素的擾動(dòng)下，必然導致輸出功率的變化和電壓的波動(dòng)，從而影響電能質(zhì)量和電壓的穩定性。風(fēng)電場(chǎng)對電壓的影響主要包括電壓波動(dòng)，閃變以及波形畸變電壓不平衡等。電壓的波動(dòng)幅度不僅與風(fēng)電功率大小有關(guān)、而且與風(fēng)電場(chǎng)分布和變化特性等有關(guān)。由于風(fēng)力發(fā)電機對所連接的母線(xiàn)電壓非常敏感，當系統發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，系統電壓若降低到0.85 pu以下，風(fēng)機會(huì )從電網(wǎng)脫機。由于很多的擾動(dòng)和故障是瞬時(shí)的，當擾動(dòng)后又再次投入運行，隨著(zhù)風(fēng)機單機容量的增大和風(fēng)電場(chǎng)規模的增大，這個(gè)投切的過(guò)程對電網(wǎng)的沖擊很大。
4并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)電壓穩定的仿真分析
在PSCAD中對恒頻恒速的普通異步電動(dòng)機組和變速恒頻的雙饋電動(dòng)機組成的風(fēng)電場(chǎng)構建了仿真模型，可以得出以下結論：(1)結合實(shí)際的案例仿真對模型進(jìn)行論證得出靜止無(wú)功補償裝置SVC有效提高了電壓暫態(tài)穩定性。
(2)雙饋機組具有變速特性，正常情況下電網(wǎng)側發(fā)生三相短路故障時(shí)，由于故障線(xiàn)路的切除導致電網(wǎng)結構變弱，機端電壓下降，無(wú)法保證電壓穩定特性，轉子短路保護控制對改善暫態(tài)電壓具有較優(yōu)的性能。
(3)在仿真不同參數對電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩定影響時(shí)發(fā)現，增加短路容量可以增強抗干擾能力，當短路容量比超過(guò)10%風(fēng)電場(chǎng)失去穩定。傳輸線(xiàn)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(xiàn)阻抗比X/R參數對風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)力機的空氣動(dòng)力學(xué)模型、機械傳動(dòng)機構模型、普通異步風(fēng)力發(fā)電機組和雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組的數學(xué)模型以及風(fēng)電場(chǎng)的等值模型。
(2)對普通異步發(fā)電機和雙饋異步發(fā)電機的功率特性進(jìn)行分析，結合常規潮流計算的基本原理確定包含風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)電機組的數學(xué)模型和控制模型，從而得到優(yōu)化的方案。
參考文獻：
[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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