直驱式风力发电系统中的并网逆变器

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1、电网约束条件下的风电运行　　摘要：甘肃风能资源丰富，近年来，风电机组并网容量迅猛增长。甘肃省政府在酒泉地区规划建设一个拥有“陆上三峡”之称的“河西风电走廊”。至2008年底，酒泉地区风电总装机容量已达到508.6MW，占甘肃电网总容量的3.34％。酒泉风电场出线直接接入110kV及以上电压等级输电网，远离负荷中心，处于甘肃电网末端，属于弱电网系统，风电场接入对电网调度和运行影响已很严重。本文结合嘉酒电网中风电场接入系统的实例，分析了风电接入后对电网暂态稳定性的影响，以及通过合理配置安全自动装置对提高电网暂态稳定性和提高风电送出能力的作用，同时提出了一些建议和措施。　　关键词：风电

2、并网，调度运行，安自装置，风力发电　　1引言　　风能是一种洁净的、储量极为丰富的可再生能源。受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。特别是自20世纪90年代初以来，随着风能最主要的利用形式－风力发电的发展十分迅速，世界风电装机容量的年平均增长率超过了30％。风能将是21世纪最有发展前景的绿色能源，是人类社会可持续发展的主要新动力源。　　甘肃是我国风能资源相对丰富的省区之一，风能资源理论储量2.37亿千瓦。而位于河西走廊西端的酒泉地区是甘肃风能资源最为丰富的地区，可利用面积达到1万平方公里

3、，风能资源可开发量在4000万千瓦左右。近年来，随着《可再生资源法》的颁布实施以及国家对开发利用清洁能源、可再生能源的大力扶持，甘肃电网内小水电、风电得到了迅速发展，同时送出受限的矛盾也日益突出，而这种矛盾在嘉酒电网则更为突出。　　嘉酒电网位于甘肃电网末端，按负荷中心划分该网分为东西两部分，网内除东部电网的330kV嘉峪关变通过330kV线路与主网连接外，主要是110kV及以下电压等级的配电线路，直到2007年才在嘉酒西部电网新建一座330kV瓜州变电站，同时建成一回330kV线路连接东、西部的嘉峪关和瓜州变电站。为了保证嘉峪关、敦煌等重要旅游景点的供电可靠性，嘉酒电网采用330

4、/110kV电磁环网供电形式。嘉酒电网风电的集中上网点主要在嘉酒电网西部的330kV瓜州变和110kV阳关变，截至2008年12月底风电装机容量已达到560MW。此外，嘉酒网内的小水电发展也相当迅速，但是布局相对于风电来说较为均衡，目前小水电的规模已达到200MW，东西部大约各占50％。目前，嘉酒网内最大用电负荷约300MW，在平衡网内用户电厂出力后，极限情况下有600MW以上富裕的风电、水电需要送出，加之水电发电的季节性和风电发电的随机性，给调度运行带来了极大的困难。　　解决嘉酒电网风电、水电的送出问题，可从两个方面着手，一是加强电网结构，二是合理布置稳定控制装置。目前已在规划

5、、建设750kV电网，但是在750kV网架建成前的过渡时期，采用稳定控制装置将是提高嘉酒电网风电、水电送出能力主要途径。本文结合嘉酒电网中风电场接入系统的实例，分析了风电接入后对电网暂态稳定性的影响，以及通过合理配置安全自动装置对提高电网暂态稳定性和提高风电送出能力的作用。　　2电网结构及计算条件　　2.1电网结构嘉酒电网主要分为两个部分，嘉酒东部和嘉酒西部电网。其中嘉酒东部电网是以330kV嘉峪关变为核心的辐射状供电网络，嘉酒西部电网是以330kV瓜州变为核心的辐射状供电网络，东、西部电网通过330kV瓜嘉线及110kV电网电磁环网运行。截至2008年底的嘉酒电网见图1，风电场

6、装机容量见表1。表12008年底嘉酒电网风电场装机容量风电场A风场B风场C风场D风场E风场E风场合计装机容量（MW）1005015010050110560  图1、截至2008年底的嘉酒电网示意图　　2.2计算条件　　⑴、选取电力系统综合分析程序(PSASP6.25)，采用程序中提供鼠笼式风电机组模型和双馈直驱风机通用模型，并与电网其余元件联接，形成含有风电场的电网计算数据。其中A、B、C风电场为鼠笼式风电机组，D、E、F风电场为双馈风机。　　⑵、根据《电力系统安全稳定导则》第一级安全稳定标准的规定，计算采取的故障集主要为元件N-1故障，其中：同级电压的双回线或多回线和环网，任一

7、回线路三相故障断开不重合；两级电压的电磁环网中单回高一级电压线路故障或无故障断开，必要时可采用切机或快速降低发电机组出力的措施。　　⑶、安全稳定的标准为：当系统受到⑵中故障的扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，保持电网稳定运行和向负荷正常供电，同时保证风电机组挂网安全运行。具体为：①电网在暂态过程中各母线电压低于0.75pu的时间不超过1s；②风电场母线电压低于0.75pu的时间不超过1s，异步风力发电机组滑差在暂态过程中不低于机组安全运行的最低值，并逐渐恢复至正常运行范围；③系