风力发电联网运行是实现风能大规模开发利用的有效途径。风电是一种具有波动性且不完全受控的电源,大规模风力发电功率通常难以准确预测,因此,大规模风电联网将削弱电网调度对发电功率的控制能力,进而可能威胁电网的安全经济运行。在难以准确把握风电功率波动不利影响的情况下,电网可能会高估风电功率波动带来的风险而限制风电接入规模以确保电网安全运行,从而在一定程度上阻碍了风电的规模化开发。随着我国多个千万千瓦级巨型风电基地的建设,大规模风电联网的需求与保证电网安全的矛盾将进一步凸显。如何在保证电网安全的前提下尽量提高风电联网规模,是亟需研究的问题,具有重要的理论和应用价值。
论文在综述风电规模化发展及其对电网影响的基础上,提出源网协调性概念,其内涵是通过风电电源与电网特性的分析,准确把握不同场景下“源”、“网”之间的相互作用,准确评估风电对电网的影响,充分发掘既有电网的风电接纳能力,促进风能的大规模开发利用。
论文首先对双馈感应风电机组数学模型进行了分析,讨论了不同时间尺度下的风电机组模型特点,为风电联网运行的源网协调性研究提供模型基础。
论文研究了大规模风电电源稳态输出功率的波动特性。通过对大规模风电场群历史数据的统计分析,揭示了风电功率波动的时空分布特性,提出了风电场群的汇聚效应,为研究稳态源网协调性提供了风电电源特性基础。
提出了计及风电电源稳态特性与电网安全裕度的稳态源网协调性分析方法。通过分析风电接纳能力常规计算方法的局限性,建立了新的计及多场景的风电接纳能力计算模型,定义了影响因子来反映不同运行场景下的源网协调关系。
通过对实测风电场短路试验数据的分析,得到双馈风电机组因保护动作而脱网的动作逻辑,揭示了短路过程中机组定转子及变流器电压、电流的变化特征;对短路试验的仿真重现验证了双馈感应风电机组电磁暂态模型的有效性,以及对电网电压跌落过程中双馈风电机组电磁暂态响应特性分析的正确性。
揭示了由于双馈风电机组撬杠保护动作远快于定子回路开关动作而使得机组脱网前存在的短时鼠笼异步运行现象,且该异步运行过程中机组将从电网吸收较多无功功率而对电网电压水平造成影响,并通过对风电场实测脱网事件的分析加以验证。
提出了风电场能够安全渡越的电网扰动区域分析方法,对比分析了各种故障形式下风电场母线电压及风电机组端电压的跌落情况,并对满足现行低电压穿越并网要求的风电场能够安全渡越的电网扰动区域进行了仿真分析。
在电力系统分析软件PSASP/UPI及PSCAD/EMTDC平台上,分别开发了风电联网运行稳态、机电暂态及电磁暂态过程分析的仿真系统。
