大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究.pdf

1、大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的有效途徑,早期風(fēng)電場(chǎng)容量小且大多采用感應(yīng)發(fā)電機(jī),直接連接在配電網(wǎng)上,主要影響接入地區(qū)的電壓穩(wěn)定性。隨著新型變速恒頻機(jī)組的應(yīng)用,風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量越來(lái)越大,接入電網(wǎng)的電壓等級(jí)也越來(lái)越高,其對(duì)電網(wǎng)電壓的影響范圍和影響程度越來(lái)越大,甚至使并網(wǎng)系統(tǒng)的功角穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定受到顯著影響,本文著重對(duì)基于變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組的大型風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)后的電壓穩(wěn)定性做了深入研究,主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下

2、:
　　 (1)廣泛調(diào)研當(dāng)今風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)穩(wěn)定性技術(shù)研究的發(fā)展現(xiàn)狀,以風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究為主線,著重從新型風(fēng)電機(jī)組的建模及其電壓控制策略、FACTS裝置的應(yīng)用以及電壓穩(wěn)定分析方法三個(gè)方面介紹了當(dāng)前風(fēng)電接入電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性研究概況,簡(jiǎn)要闡述了大規(guī)模風(fēng)電功率注入電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性的影響。
　　 (2)在闡述風(fēng)力發(fā)電原理基礎(chǔ)上分別構(gòu)建了風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)模型以及機(jī)械傳動(dòng)部分的軸系模型,針對(duì)整個(gè)

3、風(fēng)電系統(tǒng)中的核心部件-雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組,在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下推導(dǎo)出其簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,并指出風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行等值仿真計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮風(fēng)電機(jī)組的型號(hào)和所處位置、尾流效應(yīng)等困素,簡(jiǎn)單搭建了雙饋型風(fēng)電場(chǎng)的等值仿真模型。
　　 (3)詳細(xì)闡述了變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),建立了風(fēng)力機(jī)的槳距角控制策略,在推導(dǎo)出雙饋風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器的控制原理基礎(chǔ)上分別采用基于定子磁鏈定向的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器矢量控制方案實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)組定子側(cè)有功和

4、無(wú)功功率的解耦控制,采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流器與電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄蜔o(wú)功的解耦控制,制訂了故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的保護(hù)方案并探討了變流器參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)其性能的影響。
　　 (4)分析比較了雙饋風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁特性,通過(guò)仿真研究表明適當(dāng)?shù)淖兞髌骶o急應(yīng)對(duì)措施可以使風(fēng)機(jī)迅速恢復(fù)控制能力,從而通過(guò)靈活地調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆岛拖嘟鞘闺妷嚎焖僦亟?；而僅安裝勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)由于勵(lì)磁響應(yīng)慢且控制量單一

5、,使其調(diào)控能力較前者低且長(zhǎng)時(shí)間的電壓跌落極易造成機(jī)組暫態(tài)功角失穩(wěn)。此外,當(dāng)選擇合適的交流器參數(shù)使直流側(cè)電容額定容量接近變流器的額定無(wú)功容量時(shí),網(wǎng)側(cè)變流器抵抗不對(duì)稱短路故障期間所產(chǎn)生負(fù)序電流的能力更強(qiáng)。
　　 (5)詳細(xì)分析了風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)后對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響機(jī)理,說(shuō)明了風(fēng)電場(chǎng)的功率特性是決定風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要因素,闡述了雙饋風(fēng)電機(jī)組的有功功率和無(wú)功功率特性,針對(duì)恒功率因數(shù)和恒電壓控制兩種運(yùn)行方式分別建立了相應(yīng)的無(wú)功電

6、壓控制策略,并運(yùn)用靜態(tài)連續(xù)潮流法、準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)域仿真法以及時(shí)域仿真法三種方法結(jié)合算例探討了雙饋型風(fēng)電場(chǎng)功率特性對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性帶來(lái)的影響,并指出充分發(fā)揮雙饋風(fēng)電機(jī)組無(wú)功調(diào)節(jié)功能的恒電壓控制方式在改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性方面比恒功率因數(shù)控制方式具有更大的優(yōu)越性。
　　 (6)針對(duì)常用于改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的新型無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC和STATCOM的基本原理與控制策略展開研究,詳細(xì)比較了兩種裝置在應(yīng)對(duì)風(fēng)速變化和電壓跌落時(shí)的性能,指出安裝