基于PSCAD/EMTDC的海上风电场等效模型与无功补偿研究

风能等可再生能源的开发与利用越来越受到各国的重视,随着陆上风资源开发逐渐饱和,使得海上风电成为未来风能应用和发展的重点。我国在大型海上风电场的建设方面,海上风电的技术不成熟很大程度上制约了海上风电的大规模发展,因此,对海上风电场开展系统、全面的研究具有迫切的意义。 本论文深入分析了海上风电场的组成,主要包括：风电机组、集电系统、海上升压站和风电场输电方式四部分。风电机组采用变速恒频风力发电机,实现最大风能捕获,提高系统运行效率；以经济成本最低为目标,选择集电系统中的电压等级、线路类型及风电机组的分组、排列方式；通过海上升压站,将集电系统汇集的电能二次升压后通过高压交流输电系统并入电网。 在研究海上风电场的特性时,建立详细模型会导致模型复杂、仿真难以实现,建立等值模型时内部集电网络影响较大。因此本论文提出采用半聚合等值方法建立风电场的等效模型,即通过并联化变换的方法,把风电机组之间辐射性的混联结构变为纯并联结构,然后采用容量加权等值方法进行等值。半聚合等值方法解决了海上风电场等值时内部集电网络的处理问题,实现风电场内任意位置风电机组的聚合,保证了等值模型与风电场全模型的等值精确度。 结合海上风电场的半聚合等值模型,针对内部集电网络产生较大无功和故障时对电网影响较大的问题,本论文提出配合使用SVC和STATCOM进行无功补偿的方案：利用SVC(Static Var Compensator)在海上风电场内部进行稳态无功补偿,减少电网中无功功率的流动,从而降低线路和变压器因输送无功功率所造成的电能损耗,同时也起到暂态补偿的作用；利用STATCOM(Static Synchronous Compensator)在海上风电场与电网的并网点进行在故障情况下的暂态无功补偿,能够在故障时维持海上风电场输出电压的稳定,保证了海上风电场系统的稳定性。 基于PSCAD/EMTDC(Power Systems Computer Aided Design)仿真软件进行仿真实现,验证了半聚合等值方法和SVC、STATCOM配合无功补偿的有效性。