基于smes和svc的风电场的暂态分析

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1、基于SMES和SVC的风电场的暂态分析薛峰（内蒙古魯电蒙源电力工程有限公司内蒙古呼和浩特）摘要：风力发电作为可再生能源中一种非常重要的利用形式，是目前技术较为成熟，且具有规模开发价值的发电形式。木文通过Matlab/Simulink建立了风速和风电机（同步发电机）模型，并对其进行了仿真分析。通过仿真分析提岀了系统无功功率的供给不足是引起风电场的电压崩溃的主要原因。针对风电场的暂态电压失稳和暂态功角失稳两种情况，提岀了静态无功补偿器SVC可以有效地提高风电场的暂态电压稳定性，最后利用数学模型证明了超导储能装置（SMES）能够提高风电场的暂态功角稳定。关键词：风电场静态无功补偿

2、器SVC超导储能装置SMES暂态稳定随着世界环境不断恶化，风电作为一种重要的可再牛.能源，越来越受到人们的广泛关注。伴随着风电设备制造技术的日益成熟和风电价格的逐步降低，近些年来，风力发电在发达国家和发展中国家得到了大力的发展，特别是自20世纪80年代以来，大、中型风电场并网容量发展最为迅猛，对常规电力系统的正常运行造成了很大的影响，由此提出了一系列值得关注和研究的问题。风力发电技术的研宄和应用较早出现在两欧，当时的风力发电主要以小容量机组和边远独立运行方式提供所需电力，所研究的问题仅涉及风力发电机木身,如风力发电机中的电流、同步发电机的失稳、高风速下发电机脱网的安全等。自

3、进入90年代以来，风电场的大型化和规模化的扩大己经成为风力发电发展的重要标志，从开始的孤立系统、混合系统（风-柴、风-太阳能系统及风-水系统｝和小型风电系统，迅速发展到现在的大型风电场。大功率风电机组并网发电是目前大规模、高效率利用风能、较经济的方式，已成为当今世界风能利用的主要形式。但是随着接入电网的风电场的装机容量越来越大，风电注入电网后不仅仅将改变原有线路的传输功率以及整个系统的惯量，并且由于风电机组与传统同步发电机组有不同的稳态与暂态特性，因此风电接入后电网的电压稳定性、攻角稳定性都会发生变化。风力系统暂态稳定指风力系统在受到大扰动后，各冋步发电机保持冋步运行并过渡

4、到新的运行状态或恢复到初始运行状态的能力。通常指保持第一或第二个振荡周期不失步的电压和功角稳定。本文通过Matlab/Simulink建立了风速模型和风电机(冋步发电机)模型，并对其进行了仿真分析，通过仿真分析提出了系统无功功率的供给不足可能引起风电场电压崩溃，同时也对风电场在随机风、阵风以及短路故障的影响下进行了模拟仿真。最后利用数学模型证明了超导储能装置(SMES)能够提高风电场的暂态攻角稳定。一、风力机和永磁同步发电机的仿真模拟风力机是一个能量转换装置，输入风能，输出机械能，输出的机械能取决于风速和风力机的风能转换系数。根据前面介绍过的风力机知识，风力机冇定桨距和变桨

5、距两种。定桨距条件下，风力机输出的机械功率与风速、风力机角速度奋关系；变桨距条件下，风力机输出的机械功率除了与风速、风力机角速度奋关外，还与桨叶节距角有关系。二、风速数学模型的建立与仿真风能作用于风力机的叶片上，作为风力发电机的原动力。因此风速参数是计算风功率乃至进行整个风电系统暂态分析的基础。然而风速具冇明显的随机性和间歇性。用Simulink/Matlab建立风速模型，封装参数冇：阵风起始、持续吋间，阵风的峰值风速，阶跃风阶跃的启动、终止和保持吋间，阶跃风的峰值风速以及基本风的风速。随机风、渐变风、阵风的扰动可能会引起风电场电压的较人波动和闪变，严重影响风电场的供电质量

6、，特别在接入系统容量相对比较小的情况下。电能质量有望成为限制风电场装机容量的因素。三、SMES提高系统暂态攻角稳定性机理储能装置（SMES＞在风力系统中的应用能够奋效地提高系统的稳定性，改善电能质量，为风力系统的稳定控制提供了另外一种高效快速的手段。苏SMES的整体结构可分为滤波器、变流器、超导线圈、制冷装置、失超保护及监控系统等主要部分。四、暂态电压稳定机理4.1静止无功补偿器（SVC）随着现代电力电子技术的飞跃发展，利用静止无功补偿器（StaticVARCompensatorSVC）或静止无功系统（StaticVARSystemSVS）来改善系统电压质量和提高电力系统在

7、小干扰和大干扰下的稳定性，己获得较为广泛的应用。静止无功补偿器可以通过协调控制，使K输出随电力系统特定的控制参数而变化。自20世纪70年代以来，由于SVC能提供对无功功率和电压的连续、快速控制，相关方面应用主要冇以下方面:防止电压崩溃;增强系统暂态稳定性;配电系统中减小电压的波动等。4.2SVC在风扰动（随机风、阵风）情况下的仿真分析随机风、阵风对风电场的电压冇很人的影响，实践证明随机风、阵风是导致风电场电压不稳定的重要因素；然而静止无功补偿是保证电压稳定的重要手段。计算结果表明:设置SVC后，系统承受风扰动的能力