基于psasp的風電并網仿真與關鍵技術研究

0風力發電系統對電網穩定性影響分析隨著能源短缺和人們對環境問題的關注，可支配能源的利用得到了越來越多的發展。風能是一種新型的可再生能源,風力發電具有環境友好、技術成熟、全球可行的特點,并且具有超過20年的良好運行記錄,越來越被廣泛認可,國家“十一五”電力規劃也明確提出了全面發展新能源的目標,風力發電作為新能源的主力已得到業界廣泛重視,發展日趨迅速。隨著風電場的容量越來越大,對系統的影響也越來越明顯,分析風電并網對系統的影響成為電網運行的必要課題。風電場并網對于電網穩定性的主要威脅是風速的波動性和隨機性引起風電場出力隨時間的變化難以預測,而導致風力發電接入系統時存在潛在的安全隱患。為了滿足河北南網風電發展的現實需要,利用PSASP進行風電并網仿真與關鍵技術研究。1風力發電機模型河北南網蔚縣風電場一期工程總裝機33臺,類型為變速恒頻雙饋風力發電機組,單臺機組容量1.5MW。風電場發電機及出口變壓器采用“一機一變”的接線方式,共選用33臺變壓器,單臺容量為1.6MVA,電壓等級0.69kV/35kV,分別按10臺、11臺、12臺分為三組,以三回線路接入風電場110kV升壓站35kV側母線經一回110kV架空線接入系統。電力系統分析綜合程序(PSASP)中設計了兩種風力發電機的模型,可模擬鼠籠異步風電機組和雙饋直驅風電機組。風力發電機模型包含電機模型、控制系統模型、軸系傳動模型和風能-功率轉換模型等。雙饋直驅風電機組模型是雙反饋式異步風電機組和直驅式同步風電機組的通用模型,對發電機部分進行了簡化,一定程度上忽略換流器和變頻器的動態過程。發電機和變頻器表現為由電流調節的電壓源型逆變器,與其他同類元件(如電池儲能系統BESS和靜止同步補償器STATCOM等)類似,變頻器使得風電機組表現為電抗后的可控電壓源,控制風電機組向電網注入指定的有功和無功電流。模型詳細模擬了機組的控制系統動態特性,包括勵磁調節系統和槳距角調節系統。模型如圖1所示。其基本環節包括風力機、起連接和傳動作用的裝置、發電機、風電機控制系統。其能量轉換過程:風能→機械能→電能。針對蔚縣風電場一期工程接入河北南網進行潮流和動態計算,以東北華北華中2008年夏大方式數據為基礎,不考慮可控串補(TCSC)作用。系統基準容量為1000MVA。2系統潮流分析不考慮增加無功補償設備和采用電壓調節措施時計算系統潮流,結果如表1所示。風電機組并網要求電壓偏差-10%～10%,為留有一定安全裕度,電壓偏差控制取為-5%～5%。潮流結果符合要求。3系統穩定性檢驗風電場的動態行為影響到接入系統的電壓和頻率波動及暫態穩定性,因此需要通過仿真的方法檢驗系統在某些擾動下是否會失去安全性和穩定性。時域仿真包括風速變化的仿真和風電場母線送出端故障的仿真。3.1風速變化的影響3.1.1基本風模擬疊加風電場運行于低于平均風速狀況下,考慮風速的突然變化,以初始低風速為基本風,模擬疊加5m/s的陣風,時間為5s。典型陣風擾動下蔚縣風電場風速隨時間變化曲線如圖2所示。風電場鄰近母線電壓波動曲線如圖3所示。3.1.2漸變風擾動下風電場風速隨時間變化風電場運行于低于平均風速狀況下,考慮風速的突然變化,以初始低風速為基本風,模擬疊加5m/s的漸變風,漸變風起始時間為5s。典型漸變風擾動下蔚縣風電場風速隨時間變化曲線如圖4所示。風電場鄰近母線電壓波動曲線如圖5所示。3.1.3切出風速時風電場鄰近母線電壓波動切出風速當蔚縣風電場額定出力時,風速突然增大超過風電機組切出風速時,風電場鄰近母線電壓波動曲線如圖6所示。從上述仿真結果可以看出,系統電壓波動在合理范圍內,并能最終保持穩定,幾種風速擾動下,蔚縣風電場對系統的沖擊很小。3.2動態響應特性考慮當電網在風電場近端發生故障時的系統動態響應。設置蔚風電35kV至淶源35kV一回線路在蔚風電側5%處發生三相接地故障,故障持續一段時間后線路跳開。(1)風電場鄰近母線電壓故障持續時間為0.12s,風電場鄰近母線電壓如圖7所示。(2)線電壓的電壓故障持續時間為0.5s,風電場鄰近母線電壓如圖8所示。從仿真結果可以看出,當風電場出口附近發生故障并切出故障時,電網電壓可維持穩定,系統能保持同步穩定運行。4合理增加風電場一期接入量通過對蔚縣風電場一期風電機組接入河北南網的仿真計算可以得到以下結論。(1)在當前電網結構和負荷組成情況下,蔚縣風電場一期在正常運行時接入電網,系統電壓水平在正常范圍內,滿足入網穩定要求。(2)