并网风电场对电力系统电压稳定性影响的研究

　　摘要：阐述了国内外风力发电的发展和现状，分析了风力发电的类型和特点以及风电场并网的相关问题，研究了风电场的接入对电网电压的影响。并通过PSCAD中对恒频恒速的普通异步电动机组和变速恒频的双馈电动机组成的风电场构建仿真模型得出一系列的结论。
 

　　关键词：风力发电;潮流计算;电压稳定性
 

　　0引言

　　风力发电作为可再生能源中一种重要的利用形式，是目前技术最成熟，最具规模开发的发电形式。由于风资源的大规模开发、单一风电场装机容量的增加，导致风力发电在电网中所占比例越来越大。风电的大量接入改变了电网中原有的潮流分布，而且风速的随机性和间歇性导致风力机输出功率不稳定，风电场输出功率的波动性会对电网电压造成严重影响。因此，深入研究并网风电场对地区电网电压稳定性的影响，对开发和规划风电场都具有重要的现实意义。
 

　　1课题的目的及意义

　　风力发电由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和利用。

　　风速的随机性和间歇性导致风力发电机功率的不稳定性，风电场并网运行对电力系统电能质量、安全稳定带来诸多负面的影响，为了更加充分的开发利用风力资源，在风电场建设之前，需要对并网风电场接入电力系统稳定的影响做深入的研究分析，并计算出风电在电力系统中的最佳配置容量，这对风电场的规划设计以及电力系统的稳定运行都有着重要意义。
 

　　2风力发电机组的分类

　　风力发电机是一种将风能转换为机械能，再由机械能转换为电能的机电装置。风力发电过程是：空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，叶轮的转轴与发电机的转轴相连，通过传动机构将机械能送至发电机转子，带动着转子旋转发电，实现由机械能向电能的转换，最后风电机组将电能通过风电场变电站升压与电网连接。在本课题中，我们主要是结合建立的标准风电机组的数学模型，进行各种计算与仿真，分析并网风电场对电网电压稳定的影响。

　　风力发电机组按照控制方式一般分为恒速恒频和变速恒频两种类型。当风力发电机组并网时，要求风电的频率与电网的频率保持一致，即保持频率恒定。恒速恒频就是在风力发电过程中，保持风车的转速(即发电机的转速)不变，从而得到恒频的电能。在风力发电过程中叶片的转速随风速而变化，而通过其它控制方式来得到恒频电能的方法称为变速恒频。
 

　　3风电场接入对电网电压影响的研究风电场大多在电网的末端，网络结构比较薄弱，其短路容量较小，在风速、风力机组类型、控制系统、电网状况、偏航误差以及风剪切等因素的扰动下，必然导致输出功率的变化和电压的波动，从而影响电能质量和电压的稳定性。风电场对电压的影响主要包括电压波动，闪变以及波形畸变电压不平衡等。电压的波动幅度不仅与风电功率大小有关、而且与风电场分布和变化特性等有关。由于风力发电机对所连接的母线电压非常敏感，当系统发生扰动时，系统电压若降低到0.85 pu以下，风机会从电网脱机。由于很多的扰动和故障是瞬时的，当扰动后又再次投入运行，随着风机单机容量的增大和风电场规模的增大，这个投切的过程对电网的冲击很大。
 

　　4并网风电场电压稳定的仿真分析在PSCAD中对恒频恒速的普通异步电动机组和变速恒频的双馈电动机组成的风电场构建了仿真模型，可以得出以下结论：

       (1)结合实际的案例仿真对模型进行论证得出静止无功补偿装置SVC有效提高了电压暂态稳定性。
 

　　(2)双馈机组具有变速特性，正常情况下电网侧发生三相短路故障时，由于故障线路的切除导致电网结构变弱，机端电压下降，无法保证电压稳定特性，转子短路保护控制对改善暂态电压具有较优的性能。
 

　　(3)在仿真不同参数对电网静态电压稳定影响时发现，增加短路容量可以增强抗干扰能力，当短路容量比超过10%风电场失去稳定。传输线阻抗比X/R的变化对电压特性也有一定影响，选择合适的传输线阻抗比X/R参数对风电场稳定也起到一定作用。采用转子反馈控制也可改善故障后电压稳定特性。
 

　　5结论

　　(1)建立了风力机的空气动力学模型、机械传动机构模型、普通异步风力发电机组和双馈式风力发电机组的数学模型以及风电场的等值模型。
 

　　(2)对普通异步发电机和双馈异步发电机的功率特性进行分析，结合常规潮流计算的基本原理确定包含风电场的电力系统潮流计算方法。
 

　　(3)应用PSCAD电力分析软件建立了普通异步电机与双馈风电机组的数学模型和控制模型，从而得到优化的方案。
 

　　参考文献：

　　[1]李俊峰，高虎，王仲颖.中国风电发展报告[R].北京：中国环境科学出版社，2008