Arklow海上风电场与爱尔兰电网的相互影响

核心提示：　　Arklow海上风电场位于爱尔兰Wicklow郡境内，距爱尔兰东海岸约7~12km规划容量为200台风电机组，总装机容量达500MW.目前选址和论证工作已经芫成，工程将分阶段进行，到200 7年全

　　Arklow海上风电场位于爱尔兰Wicklow郡境内，距爱尔兰东海岸约7~12km规划容量为200台风电机组，总装机容量达500MW.目前选址和论证工作已经芫成，工程将分阶段进行，到200 7年全部投产，届时将成为世界上最大的海上风电工程。一期工程在2003年内投运，将向爱尔兰电力系统提供大约25MW电力。该期项目将安装7台CE 3.6MW风力发电机组，是目前投入商业运行的单机容量最大的风电机组一采用诸如双馈式异步发电机、丨CBT控制的变频器，变桨距控制以及动态电压和无功补偿等一系列最新实用技术。同时，风电场已经和爱尔兰供电委员会（ESB）达成接入电网协议。该风电场将通过海底电缆与ESB现有的38kV变电站相连1.因为爱尔兰发展风电的历史很短，缺乏相关的经验，尤其是大型风电场的并网运行经验，因此，迫切需要开展相关研究，分析类似大型风电场与爱尔兰全国电网之间的相互影响，特别是系统的动态稳定性和风电场对系统事故的抗干扰能力。

　　1双馈异步发电机模型双馈型异步发电机具有绕线式转子，通过ICBT控制的电压源变频器与电网相连，其中IGBT四象限运行，模块采用脉宽调制技术，输出正弦波电压。该特点保证发电机电压和频率持续不变，不受转子速度的影响，从而实现对滑差功率的有效利用，减小发热损耗。如果把传统的感应式发电机看作是转子短路这一特例，那幺双馈式异步发电机模型可以写作：变栩器双馈电机工作原理了整流电路部分，假iS变频器是理想变频器。为防止模型失真，需要考虑变频器回路中直流环节的稳定性，因此在模型中加入一个反时限动作的低电压保护机制。当系统电压降低并持续一段时间后，例如90%正常电压值，那么延时1~2nhn切除风电机组。电压越低，延时越短。如果电压降得非常低，达到临界值，瞬时切除风电机组：其中：芳=5+成，暂态电势，转子电压；机端电压，八十L，定子电流t'，机械功率，rE=-Rs丨丨，定子上。的电磁功率；A=，f为系统频率；转子滑差；为转子速度；X=等值电抗；暂态电抗，2冗A转子回路时间常数。

　　该模型已经在异步电机模型的基础上作了适当简化，忽略了定子暂态过程，适用于一般的暂态稳定分析。这种发电机仅在转子回路中使用脉宽调制电压源变频器，需要处理的功率只占全部发电功率的20%，因此效率相当高。为节省仿真时间，在模型中简化转速及偏移；分别是风机捕获风能和风机向发电机传递的功率；分别是风机轴系角度和发电机转子角度；ZCS是扭转力矩系数；P是空气密度；r是风机扫风面积半径；V是风速；cp是风机效率系数，是叶尖速比5V =和桨矩角办的邓越性函数8.通过变速驱动的方式，可以实现对风机转速的精确调整，从而在相当宽的范围内跟踪最优叶尖速比，保证风机以最优效率运行。与此运行策略相适应，通过桨矩角调整与变频器控制相结合，风机能够在次同步速、同步速和超同步速3种运行状态中自由切换。如所示，桨矩角的调整可以通过比例-积分控制器实现，发电机转子速度作为反馈信号。

　　I亚洲：Arklow海上风电场与爰尔兰电网的相互影响齿轮箱雷亚洲：Arklow海上风电场与爰尔兰电网的相互影响速度反馈桨矩控制机理风电场与电网联接3与电网联接如所示，为把风电场的电能高效地输送到爱尔兰全国电网上，需要在Arklow浅滩上建立1个38kV升压站，通过12km左右的海底电缆与ESB38kV的Arklow变电站相连。由于海底电缆的充电电容相当之大，在低负荷期间会给风电场带来有害的高电压，因此，在变电站附近装设一个静止无功补偿器（SVC），正常运行时吸收过的无功，紧急状态下向系统（和风电场）提供动态的无功支持。

　　但是，SVC的补偿容量与系统的电压水平关系密切，当端电压降低时，其输出无功功率以平方关系减小。因此在系统故障期间，对风电机组的支持作用有限。

　　4算例分析在PSS/E动态仿真平台上开发的变桨矩控制变速双馈式异步风力发电机模型可以实现与PSS/E暂态仿真模块的无缝联接。

　　风电机转速及桨矩角率的变化曲线。是风机角速度、发电机角速度以及桨矩角变化曲线。因为风电场3乓故障地点较远，因此风机端电压下降不多，得以从故障中顺利恢复正常运行，而没有脱网。

　　作为对比，分别在电网西部、南部和负荷中心QWin地区选取一个220kV变电站母线作为故障点，仿真结果如表1所示。虽然及时切除故障（150ms）可以避免同步发电机组失步，但是在其中3个地点发生单一故障的情况下，可能导致风力发电机端电压过低而脱网。这3个故障点都在Dublin地区附近，因此在分析系统对Arklow风电场的影响时，需要详细考虑Dublin及附近电网的情况。

　　4.125MW风电场Arklow―期风电场装机容量25MW，7台GE3.6MW风力发电机组互联之后，经38kV升压变再通过海底电缆连接到ESB主系统。是在主电网科克地区某220kV变电占母线发生瞬时三相短路故障（麟约150ra），风力发电机组的端电压及其输出（或吸收）功表125MW风电场暂态稳定性分析地区故障母线风电机同步发电机恢复稳定脱网稳定恢复稳定脱网稳定脱网稳定