大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題研究.pdf

1、隨著風(fēng)電裝機容量在電網(wǎng)中所占比例越來越高，風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的影響范圍從局部逐漸擴(kuò)大。目前，風(fēng)電接入電網(wǎng)出現(xiàn)了與以往不同的特點，表現(xiàn)為：(1)單個風(fēng)力發(fā)電場容量增大；(2)風(fēng)電場接入電網(wǎng)的電壓等級更高。增加的風(fēng)電接入容量與接入更高的電壓等級使得電網(wǎng)受風(fēng)電影響的范圍更廣。在風(fēng)電穿透功率較大的電網(wǎng)中，由于風(fēng)電注入改變了電網(wǎng)原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個系統(tǒng)的慣量，并且由于風(fēng)電機組與傳統(tǒng)同步發(fā)電機組有不同的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)特性，因此風(fēng)電接入后電網(wǎng)的

2、電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性都會發(fā)生變化。本文對大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容包括： (1)對普通異步發(fā)電機及雙饋感應(yīng)電機在同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系下的動態(tài)方程及靜態(tài)方程進(jìn)行了推導(dǎo)；對風(fēng)電機組的空氣動力學(xué)模型、機械傳動系統(tǒng)的軸系模型及槳距角控制模型進(jìn)行了建模分析；最后給出了基于普通異步發(fā)電機的恒速風(fēng)電機組與基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機的變速風(fēng)電機組的總體模型結(jié)構(gòu)。 (2)對基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機的變速風(fēng)電機組控

3、制模型進(jìn)行了分析與研究。推導(dǎo)了雙饋感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器與電網(wǎng)側(cè)變頻器的解耦控制原理：給出了雙饋變速風(fēng)電機組綜合控制系統(tǒng)模型、雙饋感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器與電網(wǎng)側(cè)變頻器控制器模型及風(fēng)力機控制系統(tǒng)的模型。 (3)分析研究了風(fēng)電場接入電網(wǎng)后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低的機理。比較了異步發(fā)電機與雙饋感應(yīng)發(fā)電機不同的有功～無功特性，給出了穩(wěn)態(tài)潮流計算中兩種不同發(fā)電機的潮流模型。 (4)用P～V、V～Q曲線的靜態(tài)電壓穩(wěn)定潮流分析方法結(jié)合對實際系

4、統(tǒng)的仿真計算，對于普通異步機風(fēng)電場與基于雙饋感應(yīng)電機的變速風(fēng)電場接入后導(dǎo)致的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性降低的原因進(jìn)行了比較研究；最后比較了用動態(tài)仿真方法分析風(fēng)速變化擾動導(dǎo)致的電壓失穩(wěn)與靜態(tài)P～V曲線分析方法分析風(fēng)電場有功功率增加導(dǎo)致的靜態(tài)電壓失穩(wěn)結(jié)果的差異。 (5)對基于普通異步發(fā)電機的恒速風(fēng)電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，研究了故障時兩質(zhì)塊軸系模型松弛特性(Shaft Relaxation)對暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響；在PowerFactor

5、y中建立了SVC模型、STATCOM 模型及用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的快速槳距角控制模型；提出了結(jié)合SVC、STATCOM等動態(tài)無功補償裝置與用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的槳距角控制的綜合控制用于改善基于異步機的恒速風(fēng)電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。 (6)提出了雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的暫態(tài)電壓控制與用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的快速槳距角控制以增強雙饋變速風(fēng)電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器暫態(tài)電壓控制能夠充分發(fā)揮雙饋電機的動態(tài)控制能力，充分利用雙饋電機的無

6、功容量，改善雙饋變速風(fēng)電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。 (7)對風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究：分析了電力系統(tǒng)固有的頻率特性；比較分析了不同發(fā)電機技術(shù)的風(fēng)電機組的頻率響應(yīng)特性；提出了用于雙饋電機的附加頻率控制環(huán)節(jié)，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的頻率降低做出響應(yīng)，表現(xiàn)出變速風(fēng)電機組慣量作用；在系統(tǒng)損失部分發(fā)電電源后關(guān)鍵的初始幾秒鐘時間內(nèi)控制雙饋風(fēng)電機組使其釋放出風(fēng)機葉輪、轉(zhuǎn)子軸系中儲存的動能以增加風(fēng)電機組發(fā)出的功率，支持電網(wǎng)頻率，降低電網(wǎng)頻率變