基于静态稳定的风电接入电网影响评估

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'基于静态稳定的风电接入电网影响评估'
基于静态稳定的风电接入电网影响评估冯旭I,胡云明2(1.长春电网调度所,吉林 长春133000; 2.华北电力大学,河北 保定071003)摘要:主要研究大规模风电场接入电网时对电网静态稳定的彩响,通过电网电压的稳定 性和电网频率的稳定性来评估电网安全稳定性。关键词:电网;风力发电;电压稳定;频率稳定;PSCAD中文分类号:TK89 文献标识码:A0引言风力发电机组单机容量很小,对于一个大电网的影响可以忽 略;但对于一个风电场来说,总装机超过几十万千瓦,对于一个 容量不大的弱电网,就会造成不可忽视的影响。一方面,风力资 源较好的地区往往人口稀少、负荷量小、电网结构相对薄弱、风 电功率的注入改变了局部电网的潮流分布,对局部电网的电能质 量和稳定性有很人影响。随着风电机组单机容量和风电场规模的 增大,大型风电场并网运行对电力系统的影响也越来越明显。本文通过仿真,对风电并网系统可能出现的多种工况进行了 模拟,分析了风电进入电力系统造成的电压波动以及频率波动。随着风电场的容量在系统中所占比例的不断增加,风力发电 对系统的影响将越来越显著。电网对风电场捉出了下列要求:(1)风电机组有功和无功(0.95感性到0.95容性)可控。(2) 频率在47.5Hz到51.5Hz Z间风机正常运行且保持电 压在额定值80%以上。(3) 电网扰动时要求风机保持运行不允许切出,且能够提 供一定得无功电源,故障恢复后立即提供有功出力。对电网故障 时的风机的故障穿越能力耍求是,风机必须保持与电网的连接即 使风机并网点的电压跌落至零。1 静态电压稳定约束条件1.1电压稳定问题的引入随着电力系统规模的不管扩大,电压稳定性问题已经成为电力 系统安全运行的重要问题。大量的电网崩溃事故表明,由于系统中无 功容量不足,或由于系统屮无功电源分布不合理,而导致的电压稳定 性问题是影响和限制电力系统输电能力的重要因素之一。鉴于此,本 文将主耍就电压稳定约束条件下的风电接入能力进行研究。1.2基于静态电压稳定的接入风电能力电压稳定性及其相关问题研究方法可以分为静态方法和动态方 法两大类,二者各有优缺点,适用于不同侧重的研究。静态研究方法 只需考虑系统各场景时间框架的静态模型,其模型简单,所需的参数 较少,计算速度也相对快捷。从实际应用的角度来看,静态电压稳定约束下的风电接入能力 指标确实能够为运行调度人员提供非常有价值的信息,其计算模型与 结果页满足工程应用的精度耍求,而且输电能力计算并不需耍详细地 分析系统电压失稳的机理。考虑到上述情况以及静态电压稳立分析方 法为基础进行研究。静态电压稳定分析的模型和假设如下:含单一参数的电力系统 微分一代数方程式可表示为:x=/(x,y,^)O=g(x,yJ)式中 心表示微分状态变量;表示代数状 态变量; 疋R 为物理参数,代表传输功率。当满足如下两个基本假设条件时,电压稳定问题可近似用系统 的静态模型來描述,亦即,当方程中的微分方程约等于0,在决定电 压稳定的约束的传输极限时可仅考虑潮流鞍结分岔的情形。例如,系 统的阻尼作用足以消除Hopf分岔的出现;忽略大扰动对系统稳定的 影响,即认为系统是暂态稳定的(包括暂态功角稳定和暂态电压稳 定)。在静态电压稳定性研究中,鞍结分岔是造成系统电压失稳的主 要因素。求解静态电压稳定约束下的输电能力目前多采用重复潮流方 法或者连续潮流方法,通过不断追踪系统PV曲线直到SNB点,从而得到系统最大接入风电能力。13仿真算例使用PSCAD进行系统的仿真,采用9节点网络(图1),在母 线1岀接入双馈异步风力发电机,电机容量为2MVA,电压等级为 0.69KV,经过升压至10KV接入网络。图1接入风电的9节点网络考虑到阵风对功率电压造成的波动比较明显,木文使用基木风 速8m/s,最高时风速为18m/s,吋序时间为10s。由于仿真模型在启 动是有一定的波动,所以风速的变化在仿真开始的35s后开始,观察 这种不稳定的发电符合对电网的影响。X 9.00040图2 风速、电压及有功无功仿真波形0 10 20 300 9 000 Aaooo 倚 9.000 阪 15000图2为风速变化波形,及对应的有功无功的变化波形。观察波形可以看到,双馈异步风力发电机当风速加大时释放有 功,吸收无功,同时电压下降。由此可见,接入风电对电网电压带来了很多波动。2 风电对频率影响风电场接入系统的规模较小,风电的随机波动性和不稳立性对电 网频率的影响就较大,这时限制风电穿透功率的主要因素是频率波动 和稳定性。频率约朿的基本原则是:由于风电的不稳定性,假设投切 风电以后,经一、二次调频点电网频率变化程度在国家标准规定的频 率偏差的可允许范围之内。国家标准规定,频率可允许偏差为:正常 允许时0.2Hzo根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可以适当 变动限值,但应保证近区电力网、发电机和用户的安全、稳定运行以 及正常供电。图3为接入风电前和接入风电后母线9的频率的波形。观察表明, 风电的介入对电网的频率产生了较大的影响,频率超过了允许的范 围。风电比例与电网稳态运行频率、允许频率偏弟、负荷频率调节效 应系数以及风电负载率、允许的常规电源旋转备用容量等因索有关。 负荷频率调节效应系数以及风电负载率、允许的常规电源旋转备用容 量起到关键作用。S0.100加接入前50飒?O5?删?41蚣接入风电前后母线9的频率波形3 结论针对含有风电场的电力系统,对其静态电压稳定约束条件下的接 入风电能力展开研究。分析表明,风速变化对系统影响显著,当风电 机组正常工作时,电网接入能力将随着风速的增大而提高;当由于风 速过低或过高导致风电机组从系统切除时,则降低比较多。增加合适 的风电机组机端补偿容量,不仅可改善风电机组端口电压,而且接入 也随着补偿容量的增加而显著增大。补偿容量不宜过大。随着风电穿 透功率的增人,风能的随机波动性对系统的影响将更为显著,风速和 风电机组机端补偿容量的变化对系统产生较大的影响。
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