大型風電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究.pdf

1、大規(guī)模風力發(fā)電是解決能源危機和環(huán)境污染的有效途徑,早期風電場容量小且大多采用感應發(fā)電機,直接連接在配電網(wǎng)上,主要影響接入地區(qū)的電壓穩(wěn)定性。隨著新型變速恒頻機組的應用,風電機組單機容量和風電場的裝機容量越來越大,接入電網(wǎng)的電壓等級也越來越高,其對電網(wǎng)電壓的影響范圍和影響程度越來越大,甚至使并網(wǎng)系統(tǒng)的功角穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定受到顯著影響,本文著重對基于變速恒頻雙饋風電機組的大型風電場接入電力系統(tǒng)后的電壓穩(wěn)定性做了深入研究,主要的研究內(nèi)容及結論如下

2、:
　　 (1)廣泛調(diào)研當今風電場接入電力系統(tǒng)穩(wěn)定性技術研究的發(fā)展現(xiàn)狀,以風電并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究為主線,著重從新型風電機組的建模及其電壓控制策略、FACTS裝置的應用以及電壓穩(wěn)定分析方法三個方面介紹了當前風電接入電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性研究概況,簡要闡述了大規(guī)模風電功率注入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性的影響。
　　 (2)在闡述風力發(fā)電原理基礎上分別構建了風速模型、風力機的空氣動力學模型以及機械傳動部分的軸系模型,針對整個

3、風電系統(tǒng)中的核心部件-雙饋感應發(fā)電機組,在同步旋轉坐標系下推導出其簡化動態(tài)數(shù)學模型,并指出風電場進行等值仿真計算時應該考慮風電機組的型號和所處位置、尾流效應等困素,簡單搭建了雙饋型風電場的等值仿真模型。
　　 (3)詳細闡述了變速恒頻雙饋風電機組的控制系統(tǒng)結構,建立了風力機的槳距角控制策略,在推導出雙饋風電機組轉子側變流器和網(wǎng)側變流器的控制原理基礎上分別采用基于定子磁鏈定向的轉子側變流器矢量控制方案實現(xiàn)對雙饋發(fā)電機組定子側有功和

4、無功功率的解耦控制,采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制方法實現(xiàn)網(wǎng)側變流器與電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄蜔o功的解耦控制,制訂了故障期間轉子側變流器的保護方案并探討了變流器參數(shù)設計對其性能的影響。
　　 (4)分析比較了雙饋風電機組與常規(guī)同步發(fā)電機的勵磁特性,通過仿真研究表明適當?shù)淖兞髌骶o急應對措施可以使風機迅速恢復控制能力,從而通過靈活地調(diào)節(jié)其轉子磁鏈矢量的幅值和相角使電壓快速重建；而僅安裝勵磁調(diào)節(jié)器的傳統(tǒng)同步發(fā)電機由于勵磁響應慢且控制量單一

5、,使其調(diào)控能力較前者低且長時間的電壓跌落極易造成機組暫態(tài)功角失穩(wěn)。此外,當選擇合適的交流器參數(shù)使直流側電容額定容量接近變流器的額定無功容量時,網(wǎng)側變流器抵抗不對稱短路故障期間所產(chǎn)生負序電流的能力更強。
　　 (5)詳細分析了風電場接入電力系統(tǒng)后對電壓穩(wěn)定性的影響機理,說明了風電場的功率特性是決定風電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要因素,闡述了雙饋風電機組的有功功率和無功功率特性,針對恒功率因數(shù)和恒電壓控制兩種運行方式分別建立了相應的無功電

6、壓控制策略,并運用靜態(tài)連續(xù)潮流法、準靜態(tài)時域仿真法以及時域仿真法三種方法結合算例探討了雙饋型風電場功率特性對并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性帶來的影響,并指出充分發(fā)揮雙饋風電機組無功調(diào)節(jié)功能的恒電壓控制方式在改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性方面比恒功率因數(shù)控制方式具有更大的優(yōu)越性。
　　 (6)針對常用于改善風電場并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的新型無功補償裝置SVC和STATCOM的基本原理與控制策略展開研究,詳細比較了兩種裝置在應對風速變化和電壓跌落時的性能,指出安裝