大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略研究.pdf

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略 大容量风电场接入后电网电压稳定性的 计算分析与控制策略 1 2 1 3 3 3 林莉 ，胡宗军 ，牟道槐 ，王永平 ，王海涛 ，杨德州 （1 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) ，重庆市 沙坪坝区 400044 ；2 重庆 电力公司北碚供电局，重庆 沙坪坝区 400700 ；3 甘肃省电力公司，甘肃省 兰州市 730050 ） 摘要：由于风电场容量较大，并位于电网末端，可能会 投入后电网的电压稳定性，必须对大容量风电场 对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投 投入后的电网运行特性进行计算，提供大干扰稳 入后的安全，按大干扰下风功率的转换特性及异步发电 定计算的摇摆曲线，分析风电场的影响并寻求对 机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型，计 策，合理规划电网接纳风电的能力[7-9] 。 算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。 目前，在风力发电系统动态稳定性分析的研 通过数值仿真计算，揭示了风电场接入导致电网电压稳 究中，比较偏重于对风力扰动影响的研究[8-16] ， 定性被破坏的机理，指出机组转速是影响风力机和异步 然而对风电系统稳定运行的最大威胁却来自于 发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数，控制风 短路故障。异步发电机因具有结构简单、运行可 电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压 靠、价格低廉等特点而成为风电场的主要发电机 稳定性的关键，靠近故障点的风电单元容量、故障点位 型。在重负荷下、特别是在电网发生短路故障之 置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因 后，异步发电机转速升高，其输出的有功功率锐 素，并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性 减，吸收的无功功率剧增，补偿电容器在低电压 的策略与措施。 下的无功功率显著下降，阻碍了异步发电机转速 和电压的恢复，最终导致电网电压稳定性被破 关键词：电力系统；风力发电；异步发电机；电压稳定性 坏。因此本文对风电场与相关电网发生短路故障 后的电压稳定性进行研究，其目的在于揭示风电 0 引言 场导致电网电压稳定性被破坏的机理，找出影响 电压稳定性的关键因素，并在此基础上提出保证 我国是世界上温室气体排放量位居前列的 大容量风电场接入电网后的电压稳定性的控制 国家，以燃煤为主的能源结构所造成的环境污 策略与措施。 染，已成为我国政府特别关注的重大问题。根据 国情，我国提出将 21 世纪作为能源资源利用走 1 仿真计算模型 向太阳能和风能的时代，将开发利用可再生能源 作为我国推行可持续发展战略的重要组成部分。 1.1 风电场模型 建设大容量并网风力发电场是大规模利用风能 的有效方式。但大容量风电场的接入可能对电网 并网型风力发电场的结构如图 1 所示。图中 的大干扰稳定性带来较大的负面影响。随着风电 风力发电系统主要由风力机、传动箱、异步发电 场容量的增大，一些专家和学者提出了潮流计算 机、控制系统和机端并联电容