风力发电机无功电压研究

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1、风力发电机无功电压研究　　(华北电力大学，河北保定071051) 　　摘要：文章介绍了三种典型风力发电机静态模型，并根据模型，研究了随机风场干扰下不同风力发电机无功电压静态特性；通过仿真计算，得到随机风场中三种典型风力发电机并网后系统电压波动曲线，分析了不同风力发电机电压静态特性，所得结论可为大型风力发电场的规划建设、并网运行管理提供建议。 　　关键词：风力发电；随机风场；恒速恒频；变速恒频；无功电压控制 　　中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)02—0116—03 　　丰富的风力资源和国家对新能源产业的大力支持，使这几年内蒙古电网风电的入网

2、容量迅猛增加。目前，内蒙古电网范围内取得风能资源配置的风电装机容量超过1700万kW，其中已通过国家和自治区核准的容量为695.13万kW。截至XX年7月底，已并网运行容量为255万kW，到年底，内蒙古电网全网投产容量接近400万kW，风力发电已成为电网的主力电源。 　　随着风电在电力系统中所占比重日益增加，大容量风电场与电力系统的相互作用和影响也随之加大。风电机组及风电场静态、动态特性已经成为电力系统研究热点。建立合理的风力发电机组模型［1］，研究风电机组有功、无功动、静态特性［2］［3］，准确预测风电场有功、无功功率［4］［5］，准确判断风电机组在电网动态过程中的稳定性等，对于大规

3、模风电场规划建设、并网运行是必不可少的。 　　风力发电原理是将自然风能通过各种同步、异步发电机转化为电能，然后送入电网。由于自然风存在随机性，风力发电会对电网形成有功、无功功率的随机冲击。其中无功功率的波动，直接影响系统电压水平。虽然单台风机无功波动相对系统容量较小，但随着风电场规模的日益增加，大型风电场无功波动对系统电压构成较大影响。因此，研究风电机组在随机风场扰动下，无功功率静态特性，显得尤为必要。现有典型风力发电机包括：恒速恒频发电机、双馈感应发电机以及直驱同步发电机。其中恒速恒频机一般为异步感应发电机。伴随随机风场的变化，发电机转子转速及转差率都呈现随机变化，导致发电机与电网之

4、间无功功率交换随机波动。其静态无功特性也将呈现随机性。双馈感应发电机通过控制回路将定子电流引入转子作为励磁电流。控制回路调节励磁电流频率，在不同风速下，可以保持旋转磁场转速、转差率不变。因此，其无功功率静态特性的随机性较小，对于直驱式同步发电机，发电机与电网通过变流器连接，对系统的无功冲击较小，运行过程中基本上不存在无功功率波动。研究以上三种风力发电机无功功率特性，是大型风电场无功运行管理的基础。 　　针对风力发电机组无功特性的研究，已有不少成果。但是，虽然均针对各种风力发电机无功功率特性进行研究，但是缺乏风场随机性的考虑，所得结果不够全面，有待进一步深入分析。 　　笔者以三种典型

5、风力发电机模型为基础，结合随机风场模型，分析典型风力发电机无功功率的随机特性。通过仿真计算，得到典型风力发电机并网点电压波动曲线，进而比较不同风力发电机无功功率静态特性。对IEEE3机9节点系统的仿真，验证了不同风机类型对系统电压水平的影响。针对大型风力发电场，仿真结果表明不同风机类型，对系统电压的影响存在诸多不同。大规模风电场无功功率控制，需根据不同发电机类型，制定相应策略。 1典型风力发电机静态模型 　　静态模型是进行风力发电系统研究的基础。风力发电系统静态模型由三部分组成：随机风场模型、风机模型及发电机模型。典型风机主要包括：恒速恒频风机及变速恒频风机。以下将分别介绍上述系统静

6、态模型。 1.1随机风场模型 　　常用随机风场模型有韦伯分布模型和四参数混合模型，其中四参数混合模型准确度较高，应用最为广泛。 四参数混合模型： 　　vw(t)=vwa+vwg(t)+vwg(t)+vwt(t)(1) 基本风：vwa=Ka,Kb为常值 阵风：  　　740)this.width=740"border=undefined> 　　其中，Rmax—渐变风最大值；T1r—渐变风开始时间；T1r—渐变风结束时间；Tr—渐变风保持时间。 随机风： 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　其中，ωi—第i个分量的角频率

7、；Δω—随机分量的离散间距；φ—0～2π之间服从均匀分布的随机变量；KN—平面扩张系数；F—紊乱尺度因子；μ—参考高度的平均风速；Sv(ωi)—第i个随机分量的振幅。 　　图1为matlab绘制的四参数组合随机风曲线。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　图2所示为恒速恒频风机原理。异步感应发电机直接与电网相连。当风速范围满足感应电机工作要求时，发