基于双馈感应风机的大规模风电场接入对系统稳定性影响研究

摘要

日益增长的环境问题使可再生能源受到电力行业的重视。在多种可再生资源中，风力发电是被认为具有最好的技术和经济前景。如今风力发电在电网中的比例越来越大。风电接入改变了电力网原有的潮流分布、线路传输功率和整个系统的惯量，因此电网电压稳定性、暂态稳定性及频率定性等都会发生变化。本文主要研究内容如下：
　　 (1)阐述了风力发电基本原理和发展概况；分析双馈风力发电机组的结构和组成：风力机部分、双馈异步机部分、变频器部分。同时介绍风力机的转速转矩特性、浆距角控制的原理、风能的利用系数等。
　　 (2)在PSS/E中建立风电机组模型以及IEEE典型系统。利用风电机组模型和IEEE典型系统建立风电渗透及渗透增加等几种方案。用PSS/E软件分析IEEE典型系统某节点的风电接入能力。结果表明，系统某处风电接入能力与该处的网络结构和风电机组运行控制方式有很大关系。
　　 (3)双馈风电渗透降低了系统的有效惯量，通过计算特征值对系统相应机组惯量的灵敏度，分析由于惯量改变对系统小信号稳定的影响。然后对各个方案进行详细的特征值分析，分析双馈风电场渗透及渗透增加的振荡模式及其阻尼特性。分析结果体现出了灵敏度分析所确定的阻尼比的变化趋势。从而证明了转动惯量相关特征值的灵敏度方法，能有效评价双馈渗透对系统动态性能的影响。
　　 (4)采用时域仿真方法，研究大型风电场接入电网后的系统暂态稳定问题。随着电网中风电场装机容量的增加，电网故障期间或故障切除后风电场的动态特性可能要影响电网的暂态稳定性。另外，通过对在标识出的振荡模式具有最大参与因子的发电机组附近的设置故障，激发出小信号分析中观察到的低阻尼模式，验证了小信号稳定分析结果。暂态分析对风电场规划并网具有指导意义。本文通过对风电场接入电网仿真系统进行各种稳态计算和暂态的仿真，从系统稳定性方面分析了风电场最大接入能力。