风火打捆直流外送系统中临界风电比例的实用计算方法

摘要

目前由于世界范围的煤炭、石油和天然气等不可再生能源储量萎缩和枯竭的趋势日益明显，因此加快发展可替代的可再生能源，探索可持续发展的能源战略迫在眉睫。其中，风力发电是目前可再生能源开发利用中技术最成熟、开发规模最大、商业化发展前景最好的发电方式。鉴于中国能源资源与能源需求逆向分布的特点，风电基地和煤炭基地主要分布在西部、北部，均存在大规模、远距离输送至东部和中部负荷中心的客观需求。采用风火电打捆直流外送的方式，不仅可满足大规模能源外送的需求，而且可大幅提高直流系统的利用率。而现如今，由于新能源电力在西北地区的渗透率存在着不断提高的趋势，西北电网受水电匮乏因素的影响存在新能源接纳能力的制约，新能源基地采用原有的联网直流外送方式也面临困难，存在着风火打捆直流孤岛运行的技术需求。
　　本文从电压稳定性的角度来分析风火打捆孤岛直流外送系统中临界风电比例的配置问题。定义了考虑风电出力的短路比作为孤岛系统电压稳定性评估指标，根据直流孤岛系统接入技术要求确定了风火打捆孤岛直流外送系统的最小短路比，并且对风火打捆孤岛直流外送系统进行相应等值简化以及短路归算推导出短路比计算式，得出短路比与送端系统负荷占比和风电渗透率的关系。
　　以哈郑直流外送系统为例，在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建风火打捆孤岛直流外送系统的电磁暂态模型。以此作为实际算例，在不同本地负荷比例下不同风电渗透率时设置换流母线处三相短路故障，分别求取对应的短路比的理论计算值和仿真计算值，将两者相对比验证了短路比理论推导的正确性;通过在不同本地负荷比例的电磁暂态模型中，考虑不同故障类型、不同故障发生位置等多种情况来确定临界风电比例，并且通过仿真确定了不同本地负荷比例情况下风火孤岛直流外送系统的临界短路比，并将其代入到短路比计算式中得到临界风电比例的计算式，给出了一种针对风火打捆孤岛直流外送系统求取不同本地负荷比例情况下临界风电比例的计算方法，对能源基地风火占比配置具有指导意义。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景与意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 风电场等值建模

1．2．2 大规模风电直流外送

1．2．3 双馈风机短路电流的计算方法

1．2．4 风电机组接入对电压稳定的影响

1．3 本文主要工作

第2章 风火打捆直流外送系统的电磁暂态模型

2．1 西北电网概况

2．2 交流系统模型

2．2．1 同步发电机模型

2．2．2 双馈风机模型

2．2．3 输电线路和变压器以及负荷模型

2．3 直流系统模型

2．4 风火打捆孤岛直流外送系统模型

2．4．1 模型简介

2．4．2 模型对比验证

2．5 本章小结

第3章 风火打捆孤岛直流外送系统的短路比

3．1 风火打捆孤岛直流外送系统的电压稳定问题

3．2 考虑风电容量的短路比的理论推导

3．2．1 风电接入后的短路比定义式

3．2．2 直流孤岛系统接入对短路比的技术要求

3．2．3 短路比计算式的相关推导

3．3 本章小结

第4章 风火打捆直流外送系统I晦界风电比例仿真分析

4．1 不同本地负荷情况下短路比仿真验证

4．1．1 不同本地负荷情况下短路比理论计算

4．1．2 不同本地负荷情况下短路比仿真计算

4．2 不同本地负荷情况下的临界风电比例

4．2．1 考虑故障类型情况下不同本地负荷比例的临界风电比例

4．2．2 考虑故障位置情况下不同本地负荷比例的临界风电比例

4．2．3 临界风电比例的综合分析

4．3 风火打捆孤岛直流外送系统临界风电比例的实用计算方法

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

参考文献

在校期间发表的学术论文和项目参与情况

致谢