风电扰动对功率振荡的影响

风电扰动对功率振荡的影响

0电力系统低频振荡机理由于世界能源短缺，全球能源正在迅速增长。但风速、风向和风密度的不可确定性,使得风电场输出功率出现持续周期性小扰动。若这种扰动与风电场接入点负荷周期性扰动相叠加,就可能使传输线产生很强的功率振荡。并且这种功率振荡会随着接入点风电场的容量增大而增大,这种不确定性的扰动叠加,将会给电网的正常运行带来很大影响。文献[1]指出,电力系统在扰动情况下,输电线上功率会发生振荡,其频率为0.1~2.5Hz,远低于工频,所以称为低频振荡。文献[2]指出,若系统发生低频振荡,可能会短时内衰减消失,也可能持续振荡且幅值不断增加,此时若不加以控制则可能导致系统解列,更严重时会造成大面积停电事故。强迫功率振荡是引起电力系统低频振荡的原因之一。文献[5]通过特征值分析法分析电力系统强迫功率振荡机理,指出了这类强迫功率振荡与负阻尼低频振荡的不同。本文阐述了电力系统强迫功率振荡的机理,建立了风速模型,重点研究新疆电网薄弱地区———阿勒泰地区风电场的各种风扰动与风电接入点负荷功率随机扰动叠加时引起系统强迫功率振荡的情况。1振荡频率随系统参数的变化会引起振荡设发电机采用经典二阶模型,线性化后的运行方程为:式中:为阻尼系数;式(2)仍为二阶常系数线性非齐次微分方程,它的解由通解x则通解:特解设为:通解x特解x由式(6)知,振荡幅值达到最大时,ω=ω则最大振幅:因此可知,若存在一种周期性扰动,当这种扰动频率与系统的自然振荡频率相同或接近时,就可能会引起大幅度振荡,且振荡频率、振荡幅值和振荡阻尼与系统的相关参数有关。2功率扰动源的干扰风力发电机组的输出功率会随着风速变化,相应地,电网将持续受到风电场功率扰动源的干扰。风速的持续变化在一定时间和空间范围内是随机的,但从长期统计结果来看,风速的变化仍然具有一定的分布规律。风速变化的时空模型原则上可由基本风、阵风、渐变风、随机风4部分组成2.1风场平均风速在风力发电机正常运行的过程中,基本风一直存在,且基本上能反映风场平均风速的变化。它还决定了风力发电机向系统输送额定功率的大小。可以由风电场测风所得的威布尔(Weibull)分布参数近似确定:式中VΓ——伽玛函数;A、k——威布尔的尺度函数和形状函数。2.2余弦特性特性阵风可以模拟风速突然的变化特性,此时段内风速具有余弦特性。分析风电场对电网电压波动的影响时,通常用阵风来考核在较大风速变化情况下的动态特性(电压波动特性)。其中:式中Gt——时间。2.3斜风吹用渐变风来模拟风速的渐变变化特性。式中Rt——时间;2.4机分量的离散间距随机风的计算如下:其中:式中SΔω——随机分量的离散间距;ωφKF——紊乱尺度因子;μ——在参考高度的平均风速。综合上述4种风速描述,可建立组合风速数学模型为:3风电场不同风扰动对功率振荡的影响本文算例是仿真风电场(由3种风力发电机分别组成)通过升压变至110kV后接入新疆电网阿勒泰地区龙湾变电站低压侧。电网结构如图1所示。风电场接入地区电网具有以下特点:(1)阿勒泰地区电网结构薄弱,以110kV为主,仅一条220kV线路与新疆主电网联络;(2)阿勒泰地区电网有2座水电站(山口水电站与635水电站)和1座火电厂(北屯电厂);(3)风电场容量为49.5MW,由3种不同的风力发电机分别组成;接入220kV龙湾变中压侧。风电场不同风扰动时,龙湾变至额尔齐斯变传输线(龙齐线)功率振荡情况如图2所示。由图2可以看出,当风电场受到不同风扰动时,会引起风电场出力发生很大的变化,进而引起龙齐线强迫功率振荡,由随机风引起的振荡幅值最大。风电场接入点的负荷随机扰动对龙齐线功率的影响,如图3所示。由图3知,当负荷扰动频率达到1.194Hz时,引起龙齐线上功率振荡幅值最大,其他扰动频率引起功率振荡幅值较小。风电场的风扰动与接入点负荷扰动叠加时,对风电场至龙湾变传输线的影响如图4~6所示。风电场的风扰动与接入点负荷扰动叠加时,对龙齐线的影响如图7~9所示。风电场的风扰动与接入点负荷扰动叠加时,对附近火电与水电出力的影响如图10~12所示。从图4~9可以得出:(1)不论哪种机型组成的风电场,随机风与负荷扰动叠加时,引起系统功率振荡幅度最大,对系统影响也最大;(2)对于风电场至龙湾变传输线上的功率振荡来说,直驱风机组成的风电场受到随机风和负荷扰动叠加时,引起的振荡幅值最大;(3)对于龙齐线上的功率振荡来说,双馈风机组成的风电场受到随机风和负荷扰动叠加时,引起振荡幅值最大;(4)直驱风机组成的风电场受到随机风和负荷扰动叠加时,引起635水电站有功出力波动最大。4风扰动和负荷扰动本文研究了风电场接入电网时,风扰动和负荷功率扰动叠加引起的系统传输线上功率的振荡情况。重点仿真分析了新疆阿勒泰地区电网不同风力发电机组成的风电场接入220kV龙湾变中压侧时,风扰动与负荷扰动同时引起风电场至龙湾变和龙湾变至额尔齐斯变传输线功率产生强迫功率振荡的情况以及阿勒泰地区2座水电站1座火电厂的出力变化情况。特别是随机风与负荷扰动叠加时,引起的功率振荡幅度最大,对635水电站出力影响也最大。随着该地区更多大容量风电场接入,