基于MATLAB及PSASP的风电场并网潮流改进算法

于是 可 以分 别 求 得 鼠笼 式 发 电机 输 出 的 有 功
功率 、 吸 收 的无 功 功 率 以及 功 率 因数 ， 如式 （ ７ ） 、 式
１ ０
（ ８） 、 式 （ ９ ） 所不。
＝ ～ ＝ 一
甘
肃
科
技
第 ３ ｌ 卷
。 Ｒ
ｆ ７１
３ 风 电场 并 网潮 流 改 进 算 法
并网潮流的新算法 ． 并 基 于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ及 Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ平 台 编制 了 风 电 场 并 网 潮 流 计 算 程 序 。结 合 算 例 验 证 ， 新 算 法 准 确
性得到了提高 ． 且收敛性较好 ． 从 而 实 现 了 对风 电场 并 网潮 流 算 法 的改 进 ， 具 有 很 高 的实 用 性 。
按 照风 机 厂 商提 供 的风 机参 数 ． 对 鼠笼式 风 机
的定 子 电 阻 尺 、 定 子 电抗 、 转 子 电阻 ： 、 转 子 电 抗 以及 激磁 回路 电抗 分别进 行设 置 。 对 于给
响 但是 ， 如果在 潮流 计算 中将 风 电场 内部 电路一 并 考 虑进 去 ． 运 算量 将会 是 可观 的 ． 求解 潮 流方程 也会
风 电场 出力 模 型 的基 础 上 ． 考 虑风 电场 出力 与 系统
节 点 电压 之 间 的相 互 作 用 以 及 并 网风 机 补 偿 电容
● —— － — — 一
的 自动投 切 ． 采用 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ编制 风 电并 网潮 流计 算
程 序 ：同时 ，基 于 Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ编 制用 户 自定 义程 序 ， 由 Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ潮 流 计 算 调 用 ．并 应 用 于 实 例 稳 态 特 性 分 析， 实 现 了针 对风 电并 网 的潮流 计算 程序 的改进 。
速 与 同 步 转 速 的 比值 定 义 为 鼠笼 式 发 电机 的转 差
兰
（ ２ ）
： 一 。 ： ， ； ！ 一 尺 ； ： 一 ， ； Ｒ ； （ ３ ）
Ｓ Ｓ
率， 用ｓ 表示 ：
Ｉ ２＝
ｓ ＝ 旦『 二 ×１ ０ ０ ％
凡
ｆ １ ）
义程 序
为 了对 Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ的资 源进 行充 分 利用 ． 开发 了用
户 程 序 接 口（ Ｕ Ｐ Ｉ ） 的 功 能 。用 户 自定 义 程 序 Ｕ Ｐ和
图 ２ 风 电 场 模 型 示 意
Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ可 以通 过 Ｕ Ｐ Ｉ 接 口交换 所 需数 据 ． 由Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ
随着机 端 电压 的变化 而变 化 机端 电压 由风 电场并 网点 电压决 定 ． 而并 网点 电压取 决于 系统 电压 ． 属 于 未知量 。 另 一方 面 ． 为了减 少风 电机从 系 统吸 收的 无
即 一 台 风 机 配 一 台 变 电 箱 组 成 一 个 单 元 以
７ ５ ０ ｋ Ｗ／ ６ ９ ０ Ｖ 风机 为 例 ．变 电箱 将 风机 发 出 的 电能 升压 至 ３ ５ ｋ Ｖ： 将 ３ ～ ｌ ０个 单 元 作 为 一 串 ． 电能 通 过
（ 、 ５ ）
＋ ） 一 Ｕ １ 。 ］
（ ６ ）
令 ＋ ： ＝ ， 可求 得转 差率 Ｓ ， 如式 （ ６ ） 所示 ：
一 一
（ ２ 尺 ＋ ； ） ＋ √ （ ：
时， 还需要 从 电 网吸 收无 功功率 以建立 磁场 ［ ２ １ 。 鼠笼式 发 电 机并 网后 ． 其 定 子 电压 仅 由 电 网所 决定 ． 将机 端 电压作 为 已知量 可 推 导 出 鼠笼 式 发 电 机 的有 功 无功 出力［ ３ １ 本 文 采用 如 图 １ 所 示 的 鼠笼
、．
同时， 引 入 功 率 因数 检 测 功 能 ． 对 单 机 功 率 因数 不
满 足要 求 的 ．一 次 投人 一组 补 偿 电容 并 重新 计算 ． 直 到功 率 因数满 足要 求为 止 将 风 电场所 有 风机 的
并 将其 作 为风力 发 电机机 端 电压 。 考 虑不 同的风
速 情况 ． 并加 入 风机机 端无 功补 偿 ． 对 风 电场 的有 功 输 出 Ｐ和无 功输 出 Ｑ进行 计 算 这时将 风 电场作 为 Ｐ Ｏ节 点 ， 加 入 主网 的潮流计 算 。 如果潮 流 收敛 ， 可以 得到并 网点 的电压 。对 与初值 电压 求平 均
目前大 多数 涉及 风 电场 的电 网潮 流计 算会 把风
： ＋ ， ； ｚ
聃
（ ８ ）
电场简 单地 当作 Ｐ Ｑ节点 或 Ｐ ｖ节 点处 理 ， 风 电场 的
有 功 出力 往往 设 置为所 有 风机额 定有 功 出力之 和ｌ ５ 】 这 种处 理方 式可 能会 引起 较大 的误 差
外 发送 的功率 为 一 Ｐ ｍ ，即 表示 风 轮 向发 电机输 人 尸 ｍ 的机 械 功率 。 由 Ｔ型等 效 电路可 以得 到 以下 等式 ：
：
泛 的应 用［ １ 根 据 电机 学 的理 论 ． ］ 鼠笼 式发 电机 中旋
转 磁 场和 转子 之 间 的相对 转 速为 △ｎ ＝ ｎ 厂ｎ ，相 对转
行 的 鼠笼 式 发 电机 定 子 向 电 网输 出有 功 功 率 的 同
将式 （ ４ ） 代入 式 （ ３ ） ， 可得 ：
１ 一
＋— — —
—
＿ 一 一ｏ
（ Ｒ １ ＋ 冬 ） ＋ （ ｌ ＋
＋ ） 一 ４
２ （ Ｒ Ｉ 。 ＋ ） 一 Ｕ １ ］
图 １ 鼠 笼式 发 电机 型 等 效 电路
其中 ， Ｒ 、 为定 子 阻抗 ， 、 为归 算 到定 子
侧 的转 子阻抗 ， ｓ 为 转差率 。模 拟 电 阻 Ｒ （ １ － ｓ ） ／ ｓ 向
１ 风力 发 电机模 型
鼠笼 式 发 电机 是 一种 异 步 发 电机 ． 其 制 造 成本 低， 结 构较 为 简 单 ， 运行 可 靠 ， 在 风 电场 中得 到 了广
关键词 ： 电力 系统 及 其 自动 化 ； 风 力 发 电机 ： 风电场 ； 潮流计算 ； Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ； Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ７ １ ２
考 虑 到风 电机 组 的 出力 特性 ． 风 电场 并 网运 行
式发 电机 型等 效 电路 。
将 使 系统 稳 态 特性 发 生 变 化 ． 严重 时 系 统 电压 水 平 将 可 能超过 系 统允许 的限制 在 建立 风力 发 电机和
（ ４ ）
当 鼠笼 式 发 电机 运行 在发 电状 态 时 ． 转 子 在 风
轮 的拖动 下机 中 的电
磁 转 矩 为 制动 转 矩 ． 阻 碍转 子 旋 转 。此 时发 电机需 从 外 部 吸 收无 功 电流建 立 磁 场 ． 而将 从 风轮 中获得 的机 械能 转化 为 电能 提供 给 电网 此 时发 电机 的转 差 率 为负 值 ， 一般 其绝 对值 在 １ ％ ５ ％之 间 。并 网运
第 ３ １ 卷
第 ９期
甘 肃科 技
Ｇａ ｎｓ ｕ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ １ Ｎ ｏ ． ９
Ｍａ ｖ． ２０１ ５
２ ０ １ ５年 ５月
基于 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ及 Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ
冯 亦 博
比较 困 难
定 的机端 电压 以及 计算 得 到 的风 轮输 入 功率 ． 先 按
照式 （ ６ ） 算 出转 差 率 Ｓ ， 再 由式 （ ４ ） 、 式（ ７ ） 以及式 （ ８ ） 分 别 算 出 鼠笼 式 风 机 输 出 的有 功 无 功 功率 Ｐ ， 、 Ｑ 。
本 文将 风 电场 与主 网分开 考虑 ．将 风 电场 主 升 压 变 压 器低 压 侧母 线 作 为风 电场 与 主 网的并 网点 在 潮 流计 算 开 始 之 前 ．先 设 定 并 网 点 的 电压 初 值
功功率 ． 维持 系 统正 常 电压水平 ． 各 台风 机机端 并联 的无 功补偿 装置 会根 据功 率 因数是 否达标 而进 行 分
组 投切 ．这 也会 对风 电场 并 网点 电压 的变化造 成 影
作 为 集 电线 路传 送 至风 电场升 压 变压 器 的低 压侧 ．
升 压至 ｌ ｌ Ｏ ｋ Ｖ或 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 后 接 入 电 网
（ 中 铁第 一勘 察 设 计 院集 团有 限公 司 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ） 摘 要 ： 风 电场 并 网潮 流 计 算 一 般 将 风 电 场 当 作 Ｐ Ｑ节点或 Ｐ Ｖ节 点 ， 其 有功 出力 一般 被设 定 为 所 有 风 机 额 定 有 功 出力 之 和 通 过 建 立 风 力 发 电 机 及 风 电 场稳 态 模 型 ， 考 虑 风 电场 出 力 与并 网点 电压 之 间 的相 互 作 用 ， 提 出 了风 电场
有 功 无 功功 率输 出进行 叠 加 ． 作 为风 电场 的有 功输
出 Ｐ和无 功输 出 Ｑ
风 电场 模 型 如 图 ２所 示
值， 作为迭代一次之后的连接点电压 ： 唼Ｕ 』 ， 对
风 电场 有功 无 功 出力 以及 系统 潮 流重 新 进 行计 算 ．
至潮流计算前后的连接点 电压收敛为止 这时风 电场 并 网潮流计算完成 ．得到风 电场 的并网 电压与有功无 功输 出 风 电场并 网潮流计算的流程如图 ３所示 。
（ ９ ）
由上文 对 鼠笼式 异步 发 电机工作 原 理 的描 述 可 以得知 ，鼠笼式 异步 机 的运行 特性 与机端 电压 有很
２ 风 电场 模 型
目前 ． 大部分风 电场一般采用 “ 一机一变 ” 结构［ ４ ３ ．