风电场并网运行电压稳定性研究

由于日趋严重的环境与资源问题,对可再生资源的开发与利用得到重视,利用风能进行发电作为一种技术成熟的可再生能源利用方式得到了快速发展,全球风电每年新增装机容量连创新高。在世界范围内,风力发电成为除水电以外增长最迅速的新能源发电方式。大量风电的接入改变了原有电网的潮流分布,并且由于风能的随机性以及风电场由大量运行特性不同于传统同步发电机的发电机组成,因而对电网的稳定运行造成影响。随着单个风电场装机容量的增大、风电装机容量在电网中所占比例的与日俱增,风电对电网产生的影响也越来越明显,因此对风电并网相关问题进行研究已经成为风电发展过程中亟待解决的重要课题。本文着重对风电场并网运行中的电压稳定问题进行了分析研究,主要内容包括: 1.研究了基于普通异步发电机的恒速恒频风力发电系统与基于双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统的动态模型。对风速模型、空气动力学模型、机械传动模型、桨距角控制模型、异步发电机模型、双馈异步发电机模型分别进行了分析研究,介绍了适用于动态仿真的完整的风电机组模型。 2.提出了风电场节点在电力系统潮流计算中的改进处理方法。针对两种不同类型风力发电机组成的风电场的功率特性分别进行了分析,提出了潮流计算中风电场节点的处理方法,并编程给予了实现。通过对算例系统进行潮流计算,验证了改进方法的准确性与有效性:在保证计算精度的前提下,较大程度地减少了计算量,提高了计算速度,具有较高的工程实用价值。 3.研究了风电并网运行的静态电压稳定问题。从风电场的电压稳定性与风电场接入对电网稳定性的影响两方面进行了分析与研究。 用P-V曲线法分析了影响风电场电压水平的各种因素;结合P-V曲线与风电场的无功电压特性分析了基于某实际系统的算例系统的静态电压稳定性,确定了三种不同方式下风电场的电压稳定极限。 首次引入模态分析法进行风电接入对电网电压稳定性的影响研究。以接入风电场的IEEE39节点系统为例进行了系统最小模特征值与节点参与因子的计算,并进行相应分析。 4.进行了风电系统的暂态电压稳定性分析。应用Matlab/Simulink仿真工具构建了算例系统的仿真模型,考虑风速影响、线路故障等情况进行了风电系统的暂态电压稳定性仿真,分别研究了设置静止无功补偿装置SVC与采用双馈异步风力发电机在提高风电系统暂态电压稳定性方面的的作用。