風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)特性研究

    摘要：本文在考慮風(fēng)電場中風(fēng)速分布和機(jī)端電容器組投規(guī)律的條件下，建立研究風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)電壓特性的數(shù)學(xué)模型，并提出相應(yīng)的求解萬法和計(jì)算程廳。取后結(jié)合新疆實(shí)際電力系統(tǒng)和風(fēng)電場，分析了風(fēng)電場在各種不同典型風(fēng)況下的穩(wěn)態(tài)特性。            
    1  引言               
    由于風(fēng)能資源通常分布在遠(yuǎn)離主電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)區(qū)域，并且風(fēng)電場的裝機(jī)容量一般較小，因此目前風(fēng)電場均就近接入地區(qū)配電網(wǎng)。有關(guān)文獻(xiàn)對英國某風(fēng)電場進(jìn)行了實(shí)際監(jiān)測和模擬計(jì)算，結(jié)果表明當(dāng)大量風(fēng)電接入地區(qū)弱電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電場功率波動(dòng)將引起電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)．電．壓的變化，嚴(yán)重時(shí)還可能超過系統(tǒng)允許范圍。隨著我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，我國將建設(shè)容量超過IOOMW的大型風(fēng)電場。為保證風(fēng)電場的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的資源效益和環(huán)境效益，必須認(rèn)真研究風(fēng)電．并網(wǎng)運(yùn)行中的有關(guān)技術(shù)問題。               
    目前，國內(nèi)外對風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)特性的研究文獻(xiàn)較少，且主要是應(yīng)用常規(guī)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算來研究風(fēng)電并網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)特性。但是對風(fēng)電場而言，由于其并網(wǎng)點(diǎn)處的母線電壓主要取決于系統(tǒng)電壓，在潮流計(jì)算前為未知量，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際吸收的無功功率及機(jī)端電容器補(bǔ)償?shù)臒o功功率均和并網(wǎng)點(diǎn)電壓有關(guān)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)潮流計(jì)算之前，風(fēng)電場并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓和無功均為未知量，風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)不能簡單地當(dāng)作PV節(jié)點(diǎn)或PQ節(jié)點(diǎn)。另外，在對含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)還需要考慮風(fēng)電場的機(jī)組布置和尾流損            
    本文將研究風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行中的穩(wěn)態(tài)電壓特性，在考慮風(fēng)電場風(fēng)速分布和機(jī)端電容器組投切規(guī)律的條件下建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并提出該模型的求解方法和計(jì)算程序。最后結(jié)合新疆實(shí)際系統(tǒng)和風(fēng)電場分析風(fēng)電場在各種不同典型風(fēng)況下的穩(wěn)態(tài)特性。
    2  風(fēng)電場數(shù)學(xué)模型            
    2．1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)模型主要包括風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)態(tài)功率特性和異步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等值電路。風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)功率特性為風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)輸出功率的關(guān)系，即用P—v曲線表示。如果已知作用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速，根據(jù)其穩(wěn)態(tài)功率特性，則可得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對應(yīng)于該風(fēng)速時(shí)輸出的有功功率。               
    異步發(fā)電機(jī)用其穩(wěn)態(tài)等值電路表示。當(dāng)端電壓已知時(shí)，根據(jù)異步發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械功率等于輸出電磁功率的條件可以求出轉(zhuǎn)差，進(jìn)而求出異步發(fā)電機(jī)吸收的無功功率。
    2．2機(jī)端電容器組
    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)端配有一定量的電容器組，實(shí)際運(yùn)行時(shí)風(fēng)電機(jī)將根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的大小自動(dòng)投切電容器組，保證異步發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。