大型风电场等值建模及其并网稳定性研究

随着风力发电技术的飞速发展,风电机组单机容量及风电场装机容量不断增加,高穿透功率的风电并入电网势必对系统安全稳定造成影响。研究大规模风电场并网问题的基础性课题是风电机组及风电场建模,为了节约仿真时间且保留相应的模型精度,有必要对风电场进行适当的等值简化。本文针对含双馈感应式异步风力发电机组的风电场,研究了风电场的等值建模,应用所搭建的风电场等值模型,研究了风电场并网的暂态稳定性。 首先,阐述了课题研究背景,包括全球风力发电技术的发展,大规模风电并网存在的问题,风力发电站同常规电厂的差别等,说明了研究风电场等值建模问题的必要性。此外,介绍了双馈感应式异步风力发电系统的基本结构和运行原理,详细介绍了风速四分量模型、尾流效应模型、双馈感应式风力发电机模型,并对风电场拓扑结构及并网模型进行了概述,为等值建模奠定了理论基础。 其次,简要介绍了基于传统电力系统同调等值法的多机表征法,并对表征风电机组运行点的特征状态变量进行了推导,提出以特征状态变量作为风电场划群的指标；为实现风电场内风电机组划群,引入K-均值聚类算法对机组进行划群处理,并采用模糊C-均值聚类算法对聚类结果进行修正,解决了K-均值聚类算法计算结果不稳定的缺点。 再次,给出了风电场等值参数的计算方法,包括发电机参数、轴系参数及等值风速的求取等,针对风电场干线式和放射式两种接线结构,讨论了集电线路等值阻抗的计算方法；基于Matlab/Simulink仿真平台分别完成了含相同容量风电机组和含不同容量风电机组风电场的等值建模,并且,比较了风电场处于不同风况下的等值计算,验证了风电场等值计算方法的正确性。 接着,应用简化后的风电场等值模型,仿真分析了风电场并网暂态稳定性,主要从风电场出力、风电并网系统短路容量比、联络线长度及X/P比、无功补偿四个方面分析了影响风电场并网暂态稳定性的因素。 最后,总结全文得到的研究成果,对课题有待完善及相关研究内容有待发掘的地方给予了展望。