風電場并網(wǎng)運行穩(wěn)態(tài)特性研究

    摘要：本文在考慮風電場中風速分布和機端電容器組投規(guī)律的條件下，建立研究風電并網(wǎng)運行穩(wěn)態(tài)電壓特性的數(shù)學模型，并提出相應的求解萬法和計算程廳。取后結(jié)合新疆實際電力系統(tǒng)和風電場，分析了風電場在各種不同典型風況下的穩(wěn)態(tài)特性。            
    1  引言               
    由于風能資源通常分布在遠離主電網(wǎng)的偏遠區(qū)域，并且風電場的裝機容量一般較小，因此目前風電場均就近接入地區(qū)配電網(wǎng)。有關文獻對英國某風電場進行了實際監(jiān)測和模擬計算，結(jié)果表明當大量風電接入地區(qū)弱電網(wǎng)時，風電場功率波動將引起電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)．電．壓的變化，嚴重時還可能超過系統(tǒng)允許范圍。隨著我國風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，我國將建設容量超過IOOMW的大型風電場。為保證風電場的安全運行，充分發(fā)揮風力發(fā)電的資源效益和環(huán)境效益，必須認真研究風電．并網(wǎng)運行中的有關技術(shù)問題。               
    目前，國內(nèi)外對風電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)特性的研究文獻較少，且主要是應用常規(guī)電力系統(tǒng)潮流計算來研究風電并網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)特性。但是對風電場而言，由于其并網(wǎng)點處的母線電壓主要取決于系統(tǒng)電壓，在潮流計算前為未知量，而風力發(fā)電機組實際吸收的無功功率及機端電容器補償?shù)臒o功功率均和并網(wǎng)點電壓有關。因此，在進行系統(tǒng)潮流計算之前，風電場并網(wǎng)節(jié)點的電壓和無功均為未知量，風電場節(jié)點不能簡單地當作PV節(jié)點或PQ節(jié)點。另外，在對含風電場的電力系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)計算時還需要考慮風電場的機組布置和尾流損            
    本文將研究風電并網(wǎng)運行中的穩(wěn)態(tài)電壓特性，在考慮風電場風速分布和機端電容器組投切規(guī)律的條件下建立相應的數(shù)學模型，并提出該模型的求解方法和計算程序。最后結(jié)合新疆實際系統(tǒng)和風電場分析風電場在各種不同典型風況下的穩(wěn)態(tài)特性。
    2  風電場數(shù)學模型            
    2．1風力發(fā)電機組
    風力發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)模型主要包括風力機的穩(wěn)態(tài)功率特性和異步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)等值電路。風電機組穩(wěn)態(tài)功率特性為風速與風力機輸出功率的關系，即用P—v曲線表示。如果已知作用到風力發(fā)電機組的風速，根據(jù)其穩(wěn)態(tài)功率特性，則可得到風力發(fā)電機組對應于該風速時輸出的有功功率。               
    異步發(fā)電機用其穩(wěn)態(tài)等值電路表示。當端電壓已知時，根據(jù)異步發(fā)電機輸入機械功率等于輸出電磁功率的條件可以求出轉(zhuǎn)差，進而求出異步發(fā)電機吸收的無功功率。
    2．2機端電容器組
    風力發(fā)電機組機端配有一定量的電容器組，實際運行時風電機將根據(jù)發(fā)電機輸出功率的大小自動投切電容器組，保證異步發(fā)電機的功率因數(shù)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。