风电场等值建模及其暂态运行特性研究

随着我国大容量风电场的规划、建设和运行,风力发电在电力系统中的比重逐步增加,风电场与电力系统之间的相互影响也随之加大。深入研究风电场接入电网后相互作用机理及其影响规律非常重要,一方面需要关注风电功率波动对电网稳定运行的影响,另外一方面需要关注电网故障对风电场的作用和影响。其中建立合适的风电场等值模型是研究风电场与电网之间暂态特性的基础。 本文以多台笼型异步风力发电机组构成的风电场(简称笼型异步风电场)和双馈异步风力发电机组构成的风电场(简称双馈风电场)为研究对象,对风电场的等值方法和模型及其暂态运行特性开展深入的研究。首先,在阐述笼型异步风力发电机组和双馈异步风力发电机组基本工作原理及其控制策略的基础上,建立了相应的并网异步风力发电机组的数学模型;并进行了动态特性的仿真分析。其次,在分析风电场容量加权单机等值、改进加权单机等值、参数变换单机等值以及变尺度降阶多机等值方法的基础上建立了相应的风电场等值模型;针对笼型异步风电场和双馈风电场分别在风电场内机组参数完全相同和不同的情况,比较研究了不同风电场等值模型描述时的动、暂态运行特性。再次,利用笼型异步风电场详细模型时的运行数据为样本,提出了基于遗传算法的笼型异步风电场等值建模方法和参数优化模型;并对该优化模型描述下的风电场的动、暂态运行特性进行仿真研究。最后,在对风电场等值建模的基础上,以不同风电场连接无穷大系统为研究对象,从风电场不同容量比、风电场无功补偿、风电场的短路容量比以及电网联络线阻抗比的角度,研究了笼型异步风电场和双馈风电场及其并联运行时混合风电场的暂态运行特性。 本文获得的不同风电场的等值方法及其模型、不同风电场并联运行时暂态运行特性的分析结果,将为含风电场的电力系统安全稳定运行及其控制分析奠定理论基础和决策支持。