風(fēng)電場(chǎng)群電壓安全性分析與評(píng)估研究.pdf

1、目前，風(fēng)力發(fā)電是除水電外最成熟、經(jīng)濟(jì)效益最好的一種可再生能源發(fā)電方式。大規(guī)模集團(tuán)式開發(fā)、遠(yuǎn)距離外送是我國主要的風(fēng)電開發(fā)方式。目前我國已規(guī)劃建立八個(gè)千萬千瓦級(jí)別的風(fēng)電基地。
　　從目前已建成的風(fēng)電基地運(yùn)行情況來看，風(fēng)電基地容量較大，外送和消納問題非常嚴(yán)峻。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，尤其在風(fēng)電大發(fā)的情況下，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定方面有較大的壓力。而風(fēng)電受制于外界的風(fēng)速條件，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性等特征，大規(guī)模風(fēng)電的接入使得原來由可控可調(diào)度的同步電

2、源組成的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)—確定性耦合的電力系統(tǒng)。在這種隨機(jī)—確定性耦合的電力系統(tǒng)中，一方面大型的風(fēng)電場(chǎng)群由大量的風(fēng)電機(jī)組組成，在空間上占據(jù)了很大面積，使得大型風(fēng)電場(chǎng)群往往表現(xiàn)出獨(dú)特的時(shí)空分布特性。大型風(fēng)電場(chǎng)群獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得其與系統(tǒng)之間耦合、交互機(jī)理復(fù)雜;另一方面，風(fēng)電場(chǎng)出力隨風(fēng)速變化而變化，表現(xiàn)出很強(qiáng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性。這些特征在大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的連鎖脫網(wǎng)事故中表現(xiàn)得極為明顯。而從大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故可以看出，在這樣一個(gè)隨機(jī)—確

3、定性耦合的電力系統(tǒng)中，其安全穩(wěn)定性與常規(guī)電力系統(tǒng)出現(xiàn)了較大差異。常規(guī)電力系統(tǒng)中，電壓穩(wěn)定往往伴隨功角穩(wěn)定同時(shí)出現(xiàn)，二者甚至經(jīng)常難以區(qū)分。而對(duì)于風(fēng)電機(jī)組，由于其可以實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，因此，不再有傳統(tǒng)意義上的“功角穩(wěn)定”，更多的表現(xiàn)為電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定，尤其是電壓穩(wěn)定，成為風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故中的主導(dǎo)因素。因此，開展大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)群及系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性研究具有重要的理論和實(shí)際意義?；诖?，本文著重針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的電壓安全，結(jié)合我國近幾年來發(fā)生的幾起大

4、規(guī)模風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故，從靜態(tài)電壓穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性兩個(gè)方面，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的電壓安全性進(jìn)行分析和評(píng)估，并提出相應(yīng)的改善措施。具體研究?jī)?nèi)容包括:
　　1)建立基于突變理論的風(fēng)電場(chǎng)群靜態(tài)電壓穩(wěn)定模型，并進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估和電壓預(yù)估。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題，分析了風(fēng)電場(chǎng)群靜態(tài)電壓變化的突變指征，表明突變理論對(duì)分析風(fēng)電場(chǎng)群靜態(tài)電壓變化的適用性;考慮風(fēng)電場(chǎng)群之間存在的相互耦合作用，基于實(shí)測(cè)軌跡，采用突變理論建立了風(fēng)電場(chǎng)群的靜態(tài)電壓模

5、型，這本質(zhì)上提供了一種外特性的建模方法。因此，計(jì)算簡(jiǎn)捷、實(shí)用性好;基于所建立的模型，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)群的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性評(píng)估和電壓預(yù)估;仿真算例驗(yàn)證了所建模型和方法的有效性和適用性。為風(fēng)電場(chǎng)群的靜態(tài)電壓安全分析提供了一種新的思路。
　　2)從動(dòng)態(tài)電壓角度出發(fā)，建立了風(fēng)電場(chǎng)群的動(dòng)態(tài)電壓等值模型。傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)等值模型多考慮風(fēng)電場(chǎng)總體有功、無功出力變化的精確模擬，缺乏從動(dòng)態(tài)電壓角度進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)群等值模型的研究?；诖?，分析了風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)電壓變化

6、過程;考慮風(fēng)速的隨機(jī)性和等值的模糊性，提出了基于云模型的風(fēng)電機(jī)群聚類方法;進(jìn)行風(fēng)電機(jī)群及集電系統(tǒng)的等值;最后搭建仿真案例，結(jié)果表明所建等值模型能夠很好地反映風(fēng)電機(jī)組的連鎖脫網(wǎng)動(dòng)態(tài)過程。為進(jìn)一步分析含大型風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定提供模型支持。
　　3)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的動(dòng)態(tài)電壓安全性進(jìn)行評(píng)估。目前的風(fēng)電場(chǎng)電壓評(píng)估多集中于靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的評(píng)估，缺乏從動(dòng)態(tài)電壓角度對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的電壓安全性進(jìn)行評(píng)估?；诖?，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)電壓安全，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的

7、連鎖脫網(wǎng)事故，提煉了用于風(fēng)電場(chǎng)評(píng)估的指標(biāo)體系;同時(shí)考慮評(píng)估的模糊性，采用區(qū)間層次分析法(IAHP)完成風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)電壓安全性的評(píng)估;依據(jù)評(píng)估結(jié)果分析指標(biāo)的靈敏度，并提出改善風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)電壓安全性的方法。為風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行提供參考。
　　4)提出了協(xié)調(diào)風(fēng)機(jī)和SVC的風(fēng)電場(chǎng)群電壓無功緊急控制策略。目前的風(fēng)電場(chǎng)電壓無功控制策略針對(duì)的多為單風(fēng)電場(chǎng)在風(fēng)速波動(dòng)情況下電網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓波動(dòng)問題，較少涉及故障下風(fēng)電場(chǎng)群緊急控制策略的研究。基于此，主要