含STATCOM的风电场电压稳定性研究

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越来越多的重视,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。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的同步发电机,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。由于异步发电机具有并网简单、结构简单、价廉、可靠性高等优点,因此并网型风力发电机组常采用异步发电机。但异步发电机在给电网发出有功功率的同时,还须从电网中吸收落后性的无功功率,即从电网中吸收无功电流,由此加重了电网无功功率的负担。异步发电机抽取的滞后性无功功率主要为了满足励磁电流的需要。一般大中型异步发电机,励磁电流为其额定电流的20%～25%。如此大的无功吸取如果不经过补偿直接并网,功率因数就会较低,不仅对电网造成污染,妨碍有功功率的输出,而且还会产生线损增加、末端用户电压下降、电网稳定性降低等问题。进行无功补偿,提高功率因数,对提高设备利用率、输电效率及改善电网质量,具有重要的实际意义。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,建立了普通异步发动机与双馈异步发动机的数学模型,并提出了对并网运行的风电场节点在电力系统潮流计算中处理方法。 柔性交流输电系统FACTS(Flexible AC Transmission System)的出现,为现代电力系统的安全、经济、可靠和优质运行,提供了十分有效的手段,成为近年来一项有效改善电能质量的新兴技术。静止同步补偿器STATCOM(StaticSynchronous Compensator),作为FACTS家族中重要的一员,与传统的无功补偿装置相比,不仅降低了装置的体积和成本,而且具有更快的反应速度和更为平滑的调节特性,克服了传统的无功补偿装置响应时间长、调节特性差,而且补偿容量受到装置自身容量的限制。它将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器直接并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值,或者直接控制交流侧电流,就可以使电路吸收或发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。STATCOM借助其优越的控制性能和良好的补偿效果,成为了当今国内外的研究热点。 本文简要介绍了风力发电的特点及其并网运行存在的问题,以及无功补偿对异步发动机乃至整个系统的重要性。然后简述了无功补偿装置的发展历程、STATCOM的优越性,以及其国内外研究现状,分析了STATCOM的工作原理并建立仿真模型。在此基础上,在PSASP环境中对电力系统、风电场与STATCOM进行了仿真建模,并通过对含同步发电机及异步发电机的电力系统进行仿真计算,证明了STATCOM对风力发电机及整个系统电压稳定性的贡献。在系统发生三相对称故障时,静止同步补偿器不仅能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,还能提高整个系统的暂态稳定性。