風電場并網運行穩態特性研究

    摘要：本文在考慮風電場中風速分布和機端電容器組投規律的條件下，建立研究風電并網運行穩態電壓特性的數學模型，并提出相應的求解萬法和計算程廳。取后結合新疆實際電力系統和風電場，分析了風電場在各種不同典型風況下的穩態特性。            
    1  引言               
    由于風能資源通常分布在遠離主電網的偏遠區域，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配電網。有關文獻對英國某風電場進行了實際監測和模擬計算，結果表明當大量風電接入地區弱電網時，風電場功率波動將引起電力系統穩態．電．壓的變化，嚴重時還可能超過系統允許范圍。隨著我國風力發電產業的進一步發展，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，充分發揮風力發電的資源效益和環境效益，必須認真研究風電．并網運行中的有關技術問題。               
    目前，國內外對風電并網穩態特性的研究文獻較少，且主要是應用常規電力系統潮流計算來研究風電并網的穩態特性。但是對風電場而言，由于其并網點處的母線電壓主要取決于系統電壓，在潮流計算前為未知量，而風力發電機組實際吸收的無功功率及機端電容器補償的無功功率均和并網點電壓有關。因此，在進行系統潮流計算之前，風電場并網節點的電壓和無功均為未知量，風電場節點不能簡單地當作PV節點或PQ節點。另外，在對含風電場的電力系統進行穩態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運行中的穩態電壓特性，在考慮風電場風速分布和機端電容器組投切規律的條件下建立相應的數學模型，并提出該模型的求解方法和計算程序。最后結合新疆實際系統和風電場分析風電場在各種不同典型風況下的穩態特性。
    2  風電場數學模型            
    2．1風力發電機組
    風力發電機組穩態模型主要包括風力機的穩態功率特性和異步發電機的穩態等值電路。風電機組穩態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電機組的風速，根據其穩態功率特性，則可得到風力發電機組對應于該風速時輸出的有功功率。               
    異步發電機用其穩態等值電路表示。當端電壓已知時，根據異步發電機輸入機械功率等于輸出電磁功率的條件可以求出轉差，進而求出異步發電機吸收的無功功率。
    2．2機端電容器組
    風力發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發電機輸出功率的大小自動投切電容器組，保證異步發電機的功率因數在規定的范圍之內。