大规模风电接入对电网电压稳定性影响的研究

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1、第26卷第4期电力科学与工程Vo1．26．No．42010年4月ElectricPowerScienceandEngineeringApr．，2010大规模风电接入对电网电压稳定性影响的研究余洋，陈盈今，刘立卿，田海峰(1．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003；2．山西大同供电分公司，山西大同037008)摘要：并网风电场会显著影响局部电网的电压稳定性，为研究大规模风电接入对电网电压稳定性的影响，在PSCAD／EMTDC中建立了包含风电场的电网模型，以某实际风电场接入地区电网为例，详细分析和研究了三相短路故障情况下风电系统对电压稳定性的

2、影响。仿真结果表明风电场无功补偿能力、故障点的位置以及故障切除时间等都将影响系统电压稳定性。通过提高风电场无功补偿能力、加快保护切除时间以及限制接入某点的风电容量，可提高风电接入系统的电压稳定性。关键词：风力发电；恒速恒频风电场；电压稳定性；PSCAD／EMTDC中图分类号：TM614；TM712文献标识码：A改善系统电压稳定性的措施。O引言1恒速恒频风力发电机组数学模型风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，发展迅速⋯。本文所使用的并网型风力发电系统主要由风然而风电具有间歇性和波动性，大规模风电速模型、风力机模型、异步发电机模型、传动系

3、场接入电网将对电力系统安全稳定运行及继电保统模型等组成J，其中风力机将风能转换成机械护装置均将产生不利影响。研究风电场对系能，发电机将机械能转换成电能。统的影响已成为重要的研究课题。由于异步发电1．1风速模型机在向电网输出有功功率的同时还需从电网吸收风速是风力发电机的原动力，直接决定了风无功功率，因此，以异步发电机作为主流机型的电机组的动态特性，它的模型相对于风电机组比并网风电场对系统影响将更为严重。为了补偿风较独立。在电力系统研究中，为了较精确地描述电场的无功功率，每台风力发电机都配有无功补风的随机性和间歇性的特点，本研究中沿用国内偿装置。电容器的无

4、功补偿量的大小与接人点电外使用较多的风力4分量模型，即基本风、阵风、压的平方成正比，当系统电压水平较低时，并联渐变风和随机风。电容器的无功补偿量迅速下降，导致风电场对电1．2风力机模型网的无功需求上升，进一步恶化电压水平，严重风力机吸收功率P可以表示为风速的函数，时会造成电压崩溃。同时由于异步发电机的功率其模型表示为：恢复特性，当电网发生短路故障时，若故障排除fo’U<"／)in不及时，也将容易导致暂态电压失稳。P={÷丌pcp(13，A)R3，i≤<(1)可见，并网风电场会显著影响局部电网的电⋯压稳定性。本文以恒速恒频风力发电系统为研究对象，基于PS

5、CAD／EMTDC仿真平台，对风力发式中：为作用于叶片的风速；i，，'／)out分别为电系统发生短路故障后的电压稳定性进行仿真研风力机切入风速、额定风速和切出风速；P为空气究，分析影响电网电压稳定性的因数，并给出了密度；R为叶片半径；A为叶尖速比(A=toR／v)；收稿Et期：2010一O1—21。基金项目：华北电力大学青年教师科研基金资助项目(200911001)。作者简介：余洋(1982一)，男，助教，主要从事电力系统分析与控制及风力发电的研究，E—mail：ncepu-YY@163．com。2电力科学与工程2010焦为风力机转速；C。为风力机转换

6、效率系数。风l力机组的传动机构采用一阶囔性环节来描述：j个一U1T=(一)(2)ud式中：为作用与发电机转子上的机械转矩；为传动系统时间常数。1．3异步发电机模型计及转子绕组电磁暂态时，以三阶模型建立(a)电网结构及风电场接线示意图异步发电机的数学模型。以定子量表示的异步发220kV风电场690V1O．5kV110kV110kV系统电机数学模型如下：fUd=一nd+g+EjI“q=一rig—x'id+Eg(b)系统仿真结构dEd'图1电网和风电场示意图一Edt-(一)iq-2(3)Fig．1Sketchmapofgridandwindfarml百dEq

7、'=一一t-X)2"rrfsTokvar(分3组)、84O0kvar(分2组)。节点3—5为110kV变电站，节点6～9为220kV变电站。该式中：下标d，q分别表示直轴量和交轴量；表风电场为恒速恒频风电场，风力发电机组单机容量示同步电抗，戈=+；表示暂态电抗，为600kW和750kW，单台风力发电机组参数见表9C2~XmXt=X1+1。计算所用的容量基值为100MVA。；，z分别为定子和转子漏抗标表1单台风力发电机组参数么值，为激磁电抗标么值；To表示转子时间常Tab．1Parametersofsinglewindturbine数，=砉；异步机暂态电

8、势E=Ea'+jE；s表示异步发电机的滑差(电动机惯例)；f为系统频率基值。发电机转子运动方程