大型風電場接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題研究.pdf

1、隨著風電裝機容量在電網(wǎng)中所占比例越來越高，風力發(fā)電對電網(wǎng)的影響范圍從局部逐漸擴大。目前，風電接入電網(wǎng)出現(xiàn)了與以往不同的特點，表現(xiàn)為：(1)單個風力發(fā)電場容量增大；(2)風電場接入電網(wǎng)的電壓等級更高。增加的風電接入容量與接入更高的電壓等級使得電網(wǎng)受風電影響的范圍更廣。在風電穿透功率較大的電網(wǎng)中，由于風電注入改變了電網(wǎng)原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個系統(tǒng)的慣量，并且由于風電機組與傳統(tǒng)同步發(fā)電機組有不同的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)特性，因此風電接入后電網(wǎng)的

2、電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性都會發(fā)生變化。本文對大型風電場接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題進行了研究，主要研究內容包括： (1)對普通異步發(fā)電機及雙饋感應電機在同步旋轉參考坐標系下的動態(tài)方程及靜態(tài)方程進行了推導；對風電機組的空氣動力學模型、機械傳動系統(tǒng)的軸系模型及槳距角控制模型進行了建模分析；最后給出了基于普通異步發(fā)電機的恒速風電機組與基于雙饋感應發(fā)電機的變速風電機組的總體模型結構。 (2)對基于雙饋感應發(fā)電機的變速風電機組控

3、制模型進行了分析與研究。推導了雙饋感應電機轉子側變頻器與電網(wǎng)側變頻器的解耦控制原理：給出了雙饋變速風電機組綜合控制系統(tǒng)模型、雙饋感應電機的轉子側變頻器與電網(wǎng)側變頻器控制器模型及風力機控制系統(tǒng)的模型。 (3)分析研究了風電場接入電網(wǎng)后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低的機理。比較了異步發(fā)電機與雙饋感應發(fā)電機不同的有功～無功特性，給出了穩(wěn)態(tài)潮流計算中兩種不同發(fā)電機的潮流模型。 (4)用P～V、V～Q曲線的靜態(tài)電壓穩(wěn)定潮流分析方法結合對實際系

4、統(tǒng)的仿真計算，對于普通異步機風電場與基于雙饋感應電機的變速風電場接入后導致的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性降低的原因進行了比較研究；最后比較了用動態(tài)仿真方法分析風速變化擾動導致的電壓失穩(wěn)與靜態(tài)P～V曲線分析方法分析風電場有功功率增加導致的靜態(tài)電壓失穩(wěn)結果的差異。 (5)對基于普通異步發(fā)電機的恒速風電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進行了分析，研究了故障時兩質塊軸系模型松弛特性(Shaft Relaxation)對暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響；在PowerFactor

5、y中建立了SVC模型、STATCOM 模型及用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的快速槳距角控制模型；提出了結合SVC、STATCOM等動態(tài)無功補償裝置與用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的槳距角控制的綜合控制用于改善基于異步機的恒速風電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。 (6)提出了雙饋電機轉子側變頻器的暫態(tài)電壓控制與用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的快速槳距角控制以增強雙饋變速風電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；雙饋電機轉子側變頻器暫態(tài)電壓控制能夠充分發(fā)揮雙饋電機的動態(tài)控制能力，充分利用雙饋電機的無

6、功容量，改善雙饋變速風電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。 (7)對風電場并網(wǎng)對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的影響進行了研究：分析了電力系統(tǒng)固有的頻率特性；比較分析了不同發(fā)電機技術的風電機組的頻率響應特性；提出了用于雙饋電機的附加頻率控制環(huán)節(jié)，能夠對電網(wǎng)的頻率降低做出響應，表現(xiàn)出變速風電機組慣量作用；在系統(tǒng)損失部分發(fā)電電源后關鍵的初始幾秒鐘時間內控制雙饋風電機組使其釋放出風機葉輪、轉子軸系中儲存的動能以增加風電機組發(fā)出的功率，支持電網(wǎng)頻率，降低電網(wǎng)頻率變