风电场等值文献综述

1、风电场等值文献综述、风电场等值的背景和意义近几个世纪以来，世界经济和科技迅速发展，物质文化水平不断提高，但在 这种繁荣背后却付出了惨痛的能源和环境的代价。一方面，世界经济的发展伴随 着能源尤其是化石能源消耗量的不断提高，按照现在的能源消耗量规模，化石能 源等不可再生能源存在着很大的短缺甚至枯竭的风险；另一方面，化石能源的广 泛应用也带来了许多的环境问题，其中大气污染和全球变暖等问题已经引起了世 界各国的关注。特别是在石油危机爆发之后，国际社会开始越来越重视能源消耗 和全球气候变化等方面的问题，各个领域对开发和利用可再生能源的需求也开始 变得越来越迫切。可再生能源不仅取之不尽用之不竭，不存在资源

2、枯竭问题，而 且不会对生态环境造成直接的危害。在这样严峻的能源形势下，大力发展可再生 能源也成为世界能源发展的必然趋势1。在电力领域，传统的火力发电不仅需要消耗大量的化石能源（煤），而且传 统的火力发电厂会排出的有害气体、二氧化碳等的物质造成污染环境、加速全球 变暖。面对能源危机，电力行业也开始探索将可再生能源用于发电领域。风能作 为具有良好经济和社会效益的发电能源之一受到了世界各国的广泛关注，在近几 十年得到了迅速的发展。2012年，全球的风电产业累积装机容量高达282430MW， 同比增长18.7%，新增装机容量高达44711MW，同比增长10.1%。而我国作为风 电大国之一，2012年累

3、积装机容量75564MW,新增装机容量13200MW,继续位居 世界第一。随着风电场大规模的规划、建设和运行，风电在电力系统中所占的 比重逐步增加，风电场与电力系统之间的相互作用和影响也随之加大。大规模风 电场的接入会改变原有电网的潮流分布、线路传输的功率与整个系统的惯量，在 电网故障期间及故障切除后风电场的暂态特性也将可能会影响到所接入电网的 暂态稳定性。为了更好的分析评价风电场和电力系统相互作用的机理和影响，就 需要对风电场进行仿真建模。目前主要的风电场仿真建模有两种方式：（1）具体模型：即将风电场中每个风力发电机组的详细模型通过一定的连 接方式组合起来，这种模型既可以确定风电场对电力系统

4、的功率注入也可以确定 风电场内部的电压及电流关系，是一种精度较高的模型4。但是，把风电场作为 外网，系统作为分析主体时，并不需要了解风电场内每台风电机组的详细信息。 特别是当风电场规模较大时，如果针对每台机组对风电场进行详细建模，其规模 将非常庞大，而且过程也将相当繁琐。同时还将带来如下问题：潮流难于收敛、 需要更加高端的分析软件、大大增加了费用和时间成本。对于运行调度部门来说， 使用如此复杂的风电场模型进行日常方式安排和安全稳定措施控制研究，也是不 切实际的56。此外，随着电力市场化改革的不断深化，各区域间运行独立性的 逐渐增大，相互之间涉及商业秘密的信息不可避免的具有一定的不透明性，不同

5、子系统相互间的数据获取也越来越不容易7。（2）等值模型：为了应对风电的快速发展和规避具体模型的弊端，必须将 具体模型进行简化，建立精确有效的等值模型。等值模型从整个风电场对电网的 影响出发，将风电场看成一个整体，即可将一个大规模的风电场简化成为单台或 者几台风电机组。等值模型可以解决具体模型规模大、复杂度高等问题，大大 提高仿真的效率，但不同的等值方法建立的等值模型在进行电力系统分析时可能 会得到不同的结果，因此如何建立一个更加准确实用的等值模型以及如何对等值 模型进行可靠的评价将会成为风电场等值研究的热点和趋势。二、风电场等值模型稳态等值模型由于风电的本身具有的波动性和间歇性，当大规模风电接

6、入主网后，将造成 线路功率和节点电压的波动，进而影响主网的潮流分布和电压水平，当风电装机 容量较大时，可能还会出现线路功率和节点电压越限等情况。同时，在确定风电 场的并网方案、评估风电对电网稳态运行的影响、分析电网发生故障后风电对系 统短路电流的影响等情况时，需要对含风电场的电力系统进行潮流分析。因此， 建立具有一定精度的风电场稳态等值模型对于含风电的电力系统稳态分析以及 后续的暂态稳定分析起着至关重要的作用。8目前，主要的稳态等值方法主要有PQ、PV简化模型和RX简化模型。（1）PQ、PV简化模型:由于是稳态，因此主要关心的是风电场的输出功率，往 往会通过对风电场内机组的运行条件提出一些理想

7、化的假设，将风电场的输出功 率看作是风电场内每台机组输出功率的总和，将风电场出口节点作为PQ节点进 行计算。或者对于有交流励磁能力的双馈机和全变流直驱机，当工作在恒电压控 制方式下使，可将风电场的出口节点作为PV节点进行计算。9、10（2）RX模型：把异步发电机的滑差用机端电压和有功功率的函数，给定初始滑 差和风速，由异步机等值电路写出异步机等值阻抗2 =三-二:，将发电机视为阻 抗型负荷加入潮流程序，得到风力发电机的电场功率，并由风速等信息得出机械 功率，根据两个功率的差值修正滑差，反复迭代，最终使风力机机械功率与发电 机电磁功率相平衡。口】RX模型充分考虑了风力发电机组的输出特性，属于比较

8、完善的模型，但此 模型迭代过程要分两步完成，总迭代次数较多，收敛速度慢，因此实用性较差。 10、11而PV、PQ模型假设风电场的功率因数和单台风力发电机组的功率因数相 同，忽略了风电场内集电系统和电气接线等结构，当风电场规模较大时可能带来 较大的误差。10但在文献5中作者提出，大量机组聚集后的整体效应会使无功 波动滑差的变化较小，随着双馈机和全变流直驱机等具有交流励磁性能的机组成 为主流机组，将风电场内机组等效为恒功率的PQ节点或者是恒电压的PV节点， 在实际中是可以接受的。同时可以在风电场等值计算中加入风电场内电气接线的 等值模型，在一定程度上弥补PV、PQ简化模型的误差。动态等值模型风电场

9、的动态等值模型能够反映系统扰动下风电场的暂态运行特性，一般用 于系统的稳定性分析研究，是风电场等值建模的主要研究方面。建立动态等值模 型主要是要减少系统状态变量，降低系统方程的维数，同时波流系统的主要特征， 根据一定的要求对外部系统进行降阶简化。而风电场是由大量的风电机组构成， 因此风电场的动态数学模型是基于风电场机组动态数学模型建立的，考虑风电场 自身的拓扑特点，针对不同的研究问题，等值出详细程度不同的风电场模型。参考文献周玮，孙辉，顾宏等.含风电场的电网经济调度研究综述J.电网保护与控制 global wind statistics 2012王荷生.风电场等值建模及其暂态运行特性研究D.2010.曹张洁，向荣，谭谨等.大规模并网型风电场等值建模研究现状J .电网与清洁能源,2011,27(2)辛拓.风电场静/动态模型等值方法研究D.2011.谭娟.含大规模风电场的电网等值研究D.