基于psasp的风电并网仿真与关键技术研究

基于psasp的风电并网仿真与关键技术研究

0风力发电系统对电网稳定性影响分析随着能源短缺和人们对环境问题的关注，可支配能源的利用得到了越来越多的发展。风能是一种新型的可再生能源,风力发电具有环境友好、技术成熟、全球可行的特点,并且具有超过20年的良好运行记录,越来越被广泛认可,国家“十一五”电力规划也明确提出了全面发展新能源的目标,风力发电作为新能源的主力已得到业界广泛重视,发展日趋迅速。随着风电场的容量越来越大,对系统的影响也越来越明显,分析风电并网对系统的影响成为电网运行的必要课题。风电场并网对于电网稳定性的主要威胁是风速的波动性和随机性引起风电场出力随时间的变化难以预测,而导致风力发电接入系统时存在潜在的安全隐患。为了满足河北南网风电发展的现实需要,利用PSASP进行风电并网仿真与关键技术研究。1风力发电机模型河北南网蔚县风电场一期工程总装机33台,类型为变速恒频双馈风力发电机组,单台机组容量1.5MW。风电场发电机及出口变压器采用“一机一变”的接线方式,共选用33台变压器,单台容量为1.6MVA,电压等级0.69kV/35kV,分别按10台、11台、12台分为三组,以三回线路接入风电场110kV升压站35kV侧母线经一回110kV架空线接入系统。电力系统分析综合程序(PSASP)中设计了两种风力发电机的模型,可模拟鼠笼异步风电机组和双馈直驱风电机组。风力发电机模型包含电机模型、控制系统模型、轴系传动模型和风能-功率转换模型等。双馈直驱风电机组模型是双反馈式异步风电机组和直驱式同步风电机组的通用模型,对发电机部分进行了简化,一定程度上忽略换流器和变频器的动态过程。发电机和变频器表现为由电流调节的电压源型逆变器,与其他同类元件(如电池储能系统BESS和静止同步补偿器STATCOM等)类似,变频器使得风电机组表现为电抗后的可控电压源,控制风电机组向电网注入指定的有功和无功电流。模型详细模拟了机组的控制系统动态特性,包括励磁调节系统和桨距角调节系统。模型如图1所示。其基本环节包括风力机、起连接和传动作用的装置、发电机、风电机控制系统。其能量转换过程:风能→机械能→电能。针对蔚县风电场一期工程接入河北南网进行潮流和动态计算,以东北华北华中2008年夏大方式数据为基础,不考虑可控串补(TCSC)作用。系统基准容量为1000MVA。2系统潮流分析不考虑增加无功补偿设备和采用电压调节措施时计算系统潮流,结果如表1所示。风电机组并网要求电压偏差-10%～10%,为留有一定安全裕度,电压偏差控制取为-5%～5%。潮流结果符合要求。3系统稳定性检验风电场的动态行为影响到接入系统的电压和频率波动及暂态稳定性,因此需要通过仿真的方法检验系统在某些扰动下是否会失去安全性和稳定性。时域仿真包括风速变化的仿真和风电场母线送出端故障的仿真。3.1风速变化的影响3.1.1基本风模拟叠加风电场运行于低于平均风速状况下,考虑风速的突然变化,以初始低风速为基本风,模拟叠加5m/s的阵风,时间为5s。典型阵风扰动下蔚县风电场风速随时间变化曲线如图2所示。风电场邻近母线电压波动曲线如图3所示。3.1.2渐变风扰动下风电场风速随时间变化风电场运行于低于平均风速状况下,考虑风速的突然变化,以初始低风速为基本风,模拟叠加5m/s的渐变风,渐变风起始时间为5s。典型渐变风扰动下蔚县风电场风速随时间变化曲线如图4所示。风电场邻近母线电压波动曲线如图5所示。3.1.3切出风速时风电场邻近母线电压波动切出风速当蔚县风电场额定出力时,风速突然增大超过风电机组切出风速时,风电场邻近母线电压波动曲线如图6所示。从上述仿真结果可以看出,系统电压波动在合理范围内,并能最终保持稳定,几种风速扰动下,蔚县风电场对系统的冲击很小。3.2动态响应特性考虑当电网在风电场近端发生故障时的系统动态响应。设置蔚风电35kV至涞源35kV一回线路在蔚风电侧5%处发生三相接地故障,故障持续一段时间后线路跳开。(1)风电场邻近母线电压故障持续时间为0.12s,风电场邻近母线电压如图7所示。(2)线电压的电压故障持续时间为0.5s,风电场邻近母线电压如图8所示。从仿真结果可以看出,当风电场出口附近发生故障并切出故障时,电网电压可维持稳定,系统能保持同步稳定运行。4合理增加风电场一期接入量通过对蔚县风电场一期风电机组接入河北南网的仿真计算可以得到以下结论。(1)在当前电网结构和负荷组成情况下,蔚县风电场一期在正常运行时接入电网,系统电压水平在正常范围内,满足入网稳定要求。(2)