风力发电系统的电网稳定性研究(期刊发表)

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1、风力发电系统的电网稳定性研究学生：童强指导老师：高传昌（华北水利水电学院电力学院郑州450011）摘要：针对风电场并网带来的电压稳定性问题，本文以双馈风电机组为研究对象，首先根据双馈风电机组的运行特性，对风电机组的静态电压稳定和暂态电压稳定进行了理论分析，在Matlab/Simulink中建立了双馈风电场并网系统和静止无功补偿器（SVC)模型，通过绘制双馈风电机组的P-V曲线，研究随着风电场出力的增加，电网静态电压稳定性的变化情况，并通过仿真验证了静止无功补偿器（SVC)对于改善风电场并网系统的静态电压稳定性的作用。ABSTRACT:Withtheproportiono

2、ftheinstalledcapacityofwindfarminthegridincreasing,theimpactofwindfarmonthepowersystemvoltagestabilitybecomesobvious.Thepaperwhichchoosesthedoublyfedinductiongenerator(DFIG)astheobject,basedontheoperatingprinciple,analysesthesteadyvoltagestabilityandtransientvoltagestabilityofDFIG.Models

3、ofthewindfarmsystemconnectedintothepowergridandthestaticvarcompensator(SVC)wereestablishedinMatlab/Simulinkenvironment.Accordingthesimulationresults,theP-Vcurveisdraw,sowecanobservethevoltagechangeswiththeoutputpowerincreasing,andthesimulationresultsshowthatSVCcanimprovethesteadyvoltages

4、tabilityofwindfarm.关键词：双馈感应电机；静止无功补偿器（SVC)；静态电压稳定性；暂态电压稳定性；0引言当今社会能源危机日益严重，世界各国都在积极寻求发展可再生能源。风力发电具有能源利用率高，安装区域灵活，环境污染少等优点，有效解决了大电网存在的潜在问题，如：能够满足用户的特定要求，支持电网的经济运行，与环境兼容。由于风能具有很强的间歇性和随机性，随着风电场规模的日益扩大，对电力系统电压稳定性的影响也越来越明显。当风电场装机容量在电网中所占比例较大时，对系统电压稳定性的影响从小型风电场引起的电能质量问题上升到可能引起整个系统的电压失稳乃至崩溃[1-3

5、]。对于常规的电力系统电压稳定性研究而言，电压失稳或电压崩溃的现象都是从受端系统的负荷点开始的，由于负荷需求超出电力网络传输功率的极限，系统已经不能维持负荷的功率与负荷所需吸收的功率之间的平衡，系统丧失了平衡点，引起电压失稳现象的发生[4]。风电场的可以看成一个正的无功负荷由于电压稳定性与无功功率的强相关，因此风电场引起的电压稳定性降低或电压崩溃现实在本质上与常规电力系统电压失稳的机理是一致的。国内外有大量文献对风电并网的电压稳定性问题进行过研究。文献[5]研究了基于双馈感应电机的变速风电机组的交流励磁控制技术及其对电网电压稳定性的贡献，指出双馈电机的有功、无功解耦控制

6、使得变速风电机组具有一定的无功调节能力，按照系统运行方式的要求及所采用的不同控制策略，风电机组可以吸收或发出无功功率进行电压控制。本文首先根据双馈风电机组的运行特性，对风电机组的静态电压稳定和暂态电压稳定进行了理论分析，在Matlab/Simulink中建立了双馈风电场并网系统和静止无功补偿器（SVC)模型，并绘制双馈风电机组的P-V曲线，并验证了SVC对于提高静态电压稳定性的作用。1双馈风力发电机运行特性风力发电机是一种将风能转化为机械能，再由机械能转化为电能的机组和系统，前一种转化是由风轮实现的，后一种转化是由发电机实现的，其系统图如图1所示。风轮主要由两部分组成：

7、叶片（一般为3片）和轮毂，轮毂只起连接作用，叶片是将风能转化为机械能的唯一关键部件。叶片的外形决定了整个机组的空气动力性能，一个具有良好空气动力外形的叶片，可以使机组的能量转化效率更高，获得更多的风能。图1风力发电系统图风力发电系统可划分为恒速恒频和变速恒频两大类。目前市场上广泛使用的是变速恒频的双馈感应风力发电机。所谓双馈，是指绕线式异步电机的定转子三相绕组分别接到两个独立的三相对称电源，其中定子绕组的电源为固定频率的工业电源，而转子电源电压的幅值、频率和相位则按运行要求分别进行调节。双馈异步风机的转子电源频率在任何情况下都应与转子感应