基于大型风电场接入电网时静态电压稳定性信息化分析

基于大型风电场接入电网时静态电压稳定性信息化分析
摘要当今全球能源战略，是从干净友好的资源环境下开发智能电网和生产电力。

双馈风电机组由于其具有解耦控制等优点使其在电网中所占比例逐年提高，因此本文介绍了双馈风机的基本控制规律，并对大型双馈风电场并网对电力系统的静态电压稳定影响进行了研究。

针对风力发电的特点，在风电并网技术的基础上分析了电压稳定问题的发生、发展机理，通过对风电场连续潮流计算分析，进而改进普通连续潮流法的步长控制环节，提高连续潮流法的运算效率，提升大型风电场并网对电力系统的静态电压稳定性。

关键词风电场；并网技术；电压稳定性；连续潮流法
前言
在国际能源紧张、高新技术的迅猛发展的环境下，绿色能源的使用与开发显得尤为重要。

物竞天择，优胜劣汰是社会发展的必然规律，传统的化石能源不但污染环境，而且数量越来越少，已不能满足人们日益需要的能源要求，环境问题使得可再生能源的研究在全球范围内升温，而风能取之不尽，用之不竭，是非常重要的一种洁净的可再生能源，必然成为人类能源结构转变方向中一个非常重要的组成部分。

伴随着风电技术的日臻完善，风能由于其自身独特的优越性使其成为世界上增长最快的能源之一，但是风能具有间歇性和不可调度的缺点，风电功率的注入改变了电网的潮流分布，线路传输功率的波动将对电网的安全稳定运行、电能质量构成一定的威胁，并且风电并网功率逐渐增大，影响逐步加深。

1 双馈感应风力发电系统模型
风电机可以按照运行方式、控制方式的不同进行分类。

双馈式风力机是变速恒频风力机的一种，该系统由风力机、齿轮箱、机侧变流器、网侧变流器、变压器及电网组成。

双馈风力机的数学模型具有多变量、强耦合、高阶、非线性的特点，与鼠笼型异步电机相类似，不考虑温度波动以及频率波动对绕组电阻的影响；将转子侧参数折算到定子侧，此时转子与定子绕组匝数相。

不考虑磁路饱和的影响，每一个绕组的自感与互感为固定值；不考虑空间谐波的影响，定子和转子绕组在空间以互差120°电角度对称分布，其感应形成的磁动势沿气隙空间按正弦规律分布等；
在做了上述假设以后，本文规定定子侧与转子侧均采用电动机惯例，即定子电流与转子电流流入绕组为正，由此可得DFIG在abc坐标系下的数学模型。

假设定子绕组坐标、在空间是处于不动的，而转子绕组坐标、伴随着转子转动，电角速度是，定子与转子相应轴间的夹角为。

现列其数学模型如下：
在忽略定子绕组电阻的情况下，转子绕组上发出的功率可表示为：
其中，滑差可以通过双馈风电机组的转速控制规律求取，双馈异步发电机的转子转速控制规律是指风电机的转速与风力机的机械功率的对应关系，通常采用的转速控制规律如式（3）。

若发电机的同步转速为，转子本身的旋转速度为，则。

2 静态稳定性的分析方法
本文采用数字多用表检定装置对被测数字多用表的直流电压100V进行测量，对其测量结果进行不确定度评定，并对测量不确定度的评定进行验证。

计及发电机和负荷增长参数的极坐标潮流方程为：
评价连续潮流法的计算效率主要取决于步长的选择，步长太大则曲线不够准确甚至潮流不能收敛；步长过小收殓时间过长。

目前使用切线法或割线法预测或先切线法后割线法预测。

本文则考虑了PV曲线的拟二次性提出的改进连续潮流法，具有向真解快速靠拢、迭代次数少的特点，将传统牛顿–拉夫逊法进行必要的改进：将负荷增长参数引入牛顿–拉夫逊法的修正方程中进行校正计算，并且当发电机节点达到无功极限时将其由PV节点转换为PQ节点。

将参数引入潮流方程，可得其修正方程为：
3 仿真结果与分析
本文利用PSAT进行编程计算仿真，采用14节点的风机系统，进行潮流计算，获得P-V曲线，找出电压最薄弱的负荷点。

通过计算获得电压的稳定裕度。

设置风电场容量为20*600KW，电场中风电机组分为2排，排间距为120m，轮毂处的高度为50m，假定风电场空气密度为1.2245kg/m3，额定电压为690V等，忽略尾流效应，每台风电机组的切入、切出、额定风速均相同。

运用改进连续潮流法追踪至电压临界点，电压稳定裕度计算公式如下：
其中，为静态电压稳定临界点所对应的功率极限值，为当前运行点对应的负荷功率，即为电压稳定裕度值。

由静态电压稳定极限计算得到的系统静态储备系数：
4 结束语
本文運用改进的连续潮流法，研究风机并网系统的稳定性，从对比结果看，风机并网需要吸收无功功率，使得稳定裕度、静态稳定系数减小。

因此，风机并网需要在系统中增加无功补偿，进而提高电力系统运行的稳定性，更好地确保系统安全稳定运行！。