風電場并網運行穩態特性研究

    電力系統潮流計算的任務是根據給定的網絡結構、負荷大小和發電機出力，求出整個38網絡的運行狀態，包括各母線的電壓、網絡支路的潮流分布以及功率損耗等。對不含風電場的常規電力系統而言，潮流計算方法和相應的程序均已相當成熟。               
    風電場內部電網一般是典型的單輻射型電網。當系統中風力發電機組數目較多時，如果將風電場處理為一個PV節點或者PQ節點，則如前文所述，這樣處理將可能引起較大的計算誤差；但是，如果包括風電場內部電網，則全電網潮流方程的規模是相當可觀的。顯然，用同一的算法求解這樣的潮流方程是比較困難的。在實際分析和計算時，很有必要將主電網和風電場內電網分開來考慮，采用不同的算法，同時又要計及它們之間相互關系。
    當電力系統含有風電場時，風力發電機組一般是通過風電場內10kV架空線路接到風電場升壓站，經升壓后再與主電網相聯。按照文獻的劃分方法，風電場與主電網之間的關系可表示為圖3所示的形式。               
    由圖3可看出，風電場與主電網的關系是典型的主從系統關系，其中主電網就是主系統，是風電場的“廣義電源”；而風電場內電網是從系統，是主電網的“廣義負荷”(風力發電機組輸出的有功可看作是系統負的負荷)。主從式電網的節點集可劃分3類，即主系統M、邊界系統B和風電場內部電網節點組成的從系統S。
    由于主系統與從系統之間沒有直接相聯的支路，而是間接地通過邊界節點發生聯系。因此，為了有效地求解含風電場內部電網的電力系統潮流問題，一種自然的思路即是將一個大規模的問題分解成多個較小規模的問題來求解。
    風電場相對于主系統而言是從系統。由于風電場內電網_般采用單輻射型架空饋線的配網結構，風力發電機組相當于饋線上的“負荷”，所以從系統潮流計算原則上可采用配電網潮流的算法進行計算。風電場內部電網的潮流計算主要包括電壓損耗計算和功率損耗計算兩部分。即設定并網點的電壓，通過配電網潮流計算求出各段線路的電壓和功率損耗，并得出各臺風電機端的實際電壓和整個風電場注入系統的實際有功和無功功率。               
    對于主系統潮流計算而言，仍采用牛頓一拉夫遜等常用方法，此時各風電場作為一個PQ節點處理，其PQ值來自上述從系統的潮流計算結果。主系統潮流計算和從系統潮流計算之間交替迭代，直到滿足收斂條件為止。這樣，可構造全系統主從分裂的基本迭代格式，具體步驟如下：
    (1)給定邊界系統即風電場并網點的電壓初值；
    (2)將風電場并網點電壓作為已知，通過求解風電場潮流得出風電場內部電網的各節點電壓，以及風電場由并網點注入主系統的有功和無功功率；
    (3)將各風電場作為PQ節點，求解主系’統潮流，得主系統各節點的電壓；
    (4)判斷相鄰兩次迭代間邊界系統電壓差的最大值是否小于給定的收斂指標￡，若滿足，完成全電網潮流計算；否則轉(2)繼續進行全電網的潮流迭代計算。
    4  示例系統計算分析
    這里以達坂城風電場接人新疆主電網為例，進行風電場并網運行的穩態特性分析。
    4．1風電場功率特性               
    取系統某種典型運行方式，考慮風電場的裝機容量為57．5MW，對風電場在3種典型風況下并網運行的穩態特性進行計算，具體結果如表1所示