基于PSASP扩展的风力发电系统综合分析程序

近年来,风能作为一种可再生的清洁能源日益受到世界各国的广泛重视,风力发电快速发展已有将近20年的历史。风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大,但是风力的随机性和间歇性会对电力系统稳定运行产生一定的影响,因此,对于含有风电场的电力系统,需要建立正确的数学模型并对该系统进行仿真分析。风力发电系统研究软件中的仿真计算是用数学模型代替风力发电系统,在计算机上用数值方法对风力发电系统的运行特性进行实验和研究的过程。可是风力发电系统研究软件的发展相对滞后,目前专业性的风力发电系统研究软件很少。 本文在比较国内外各种电力系统研究软件之后,介绍了目前国内权威的电力系统研究软件——“PSASP(Power System Analysis Software Package电力系统综合分析程序)”。本文作者使用PSASP的UPI(User Program Interface用户程序接口)调用动态连接库文件建立了风速和风力机模型、风力异步发电机潮流和暂态分析模型、变速恒频双馈风力发电机潮流和暂态分析模型,在PSASP中对风力发电系统进行计算,分析了风力发电系统的运行特性。具体来说,本文运用PSASP的UPI程序模拟了基本风、渐变风、阵性风、随机风四种风速的变化过程和风力机的机械转矩输出特性。介绍了异步风力发电机的运行原理、变化的PQ潮流计算模型和3阶暂态计算模型。运用PSASP的UPI程序分析了风电场功率——电压的静态特性;机端电容对电压的影响;线路参数R/X过大对电压的影响;阵风扰动和故障扰动下的风电场电压变化。利用PSASP自带的WSCC 9(Western Systems Coordinating Council 9)节点系统,分析了风力发电容量在电力系统中所占比例过大对电力系统的稳定运行带来的影响。介绍了变速恒频双馈风力发电机的运行原理、静态和3阶暂态计算模型。运用PSASP的UPI编程分析了变速恒频双馈风力发电机的静态和暂态运行特性,主要是变速恒频双馈风力发电机的输出功率受到转子励磁电压、转差率、定子电压和转子励磁电压之间的相角差的影响;随机风、阵风扰动下的变速恒频双馈风力发电机运行特性等等。 本文也探索了PSASP的用户程序接口UPI和面向对象编程技术OOP(Object Oriented Program)在风力发电系统建模与仿真中的应用。