风电场并网对电力系统电压稳定性的影响

摘要

能源危机和环境恶化已经日益威胁人类社会的安全和发展，为此，世界各国都在积极寻找开发新能源。作为新能源的一种，风能的储量非常丰富，且便于开发，用风能进行发电清洁无污染，值得大力提倡，因此，近些年来世界各国都在大力开发风能进行发电。但由于风能具有间歇性和随机性，风力发电的可控性较差，随着风电场并网规模的逐渐增加，风电接入对电网的影响不断增加，尤其是对电网电压稳定性的影响更为突出，鉴于此，本文对该课题进行了深入的研究。
　　随着风电机组的发展，双馈异步风力发电机凭借其较高的性价比逐渐成为目前风电场中的主流风机，本文中详细的介绍了双馈机组的稳态模型，并在此基础上推导出了在输出一定有功功率的条件下机组并网系统所能输出无功功率极限的表达式。在潮流计算过程中，由双馈异步风机组成的风电场可以根据风电机组控制方式以不同等值模型的形式接入系统，并且随着机组输出有功功率的改变，风电场的等值模型还可能会发生改变。
　　本文主要采用基于一般潮流解的局部电压稳定性指标（L指标）对风电并网前后电网的静态电压稳定性进行分析:系统中某节点的L指标越大，证明该节点静态电压稳定程度越薄弱，且更易发生电压失稳。基于L指标，本文还推导出了一种衡量系统中风电场输出有功功率的改变对各节点L指标影响程度的L-P灵敏度指标，通过对该指标进行排序，能够得到与风电场节点相关性较强的节点，同时，L-P灵敏度指标值还可以被用来预估风电注入有功功率增加或减小时，可能会对系统各节点的L指标值产生的影响。以上两种指标结构简单，计算速度快，均可用于在线电压稳定分析。
　　接下来，本文利用基于一般潮流解的L指标和L-P灵敏度指标，对风电并网前后的IEEE39节点系统进行静态电压稳定分析，分别改变风电场的注入有功功率和并网线路参数及其风电场中双馈机组的机组控制方式，比较不同条件下系统的风电场并网节点L指标的变化规律。并运用相关的理论知识，给出合理的解释并得出结论，这对大规模风电场的并网运行具有实际的指导意义。
　　最后以山东烟台威海实际系统为算例，对该地区风电场接入的影响做出探讨。首先，在各个风电场额定输出范围内:分别在风电场出力不同的条件下计算接入母线电压和L指标的变化情况，以此来判断风电并网的利弊;通过计算风电场满发时各并网母线对风电场注入有功的L-P灵敏度指标判断该地区风电场扩容的可行性。接下来，本文还探究了系统运行方式的改变和风电场中机组控制方式的不同所带来的风电并网对系统电压稳定性影响的改变。最后，本文提出了几种减小风电并网带来的电压波动、增强并网后系统电压稳定性的措施，特别的，对风电场的就地无功补偿方式做了重点介绍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 全球风电发展概况

1．1．2 国内风力发电现状

1．1．3 风能发电的特点

1．2 课题研究现状

1．2．1 静态电压稳定性问题研究现状

1．2．2 风电并网系统的电压稳定性问题研究现状

1．3 本文的主要研究工作

第2章 风电场等值模型的建立

2．1 双馈风力发电机组的工作原理

2．2 双馈风力发电机组的稳态数学模型

2．3 双馈机组并网系统的无功功率输出极限

2．3．1 定子侧输出的无功功率极限

2．3．2 网侧变流器的功率极限

2．4 潮流计算中风电场模型综述

2．5 本章小结

第3章 电压稳定性指标及其灵敏度分析方法

3．1 基于一般潮流解的电压稳定性指标

3．2 L-P灵敏度指标的推导和应用

3．2．1 L指标的全微分方程

3．2．2 L-P灵敏度的定义

3．2．3 L-P灵敏度指标的应用

3．3 基于一般潮流解的L指标和L-P灵敏度指标的计算

3．4 本章小结

第4章 风电场并网对系统电压稳定性的影响研究

4．1 风电场并网的影响

4．1．1 风电场并网前系统的静态电压稳定分析

4．1．2 风电场并网后系统的静态电压稳定分析

4．2 并网线路参数的影响

4．2．1 功率流动和线路压降

4．2．2 并网线路电抗值的影响

4．2．3 并网线路电阻值的影响

4．3 风电机组控制方式的影响

4．4 本章小结

第5章 风电场并网对烟台威海电网电压稳定性的影响研究

5．1 烟台威海电网及其风电发展情况介绍

5．2 风电场并网前对烟威电网的电压稳定性分析

5．3 风电场并网后对烟威电网的电压稳定性分析

5．3．1 风电注入有功改变对风电并网后系统电压稳定性的影响

5．3．2 系统运行方式的改变对风电并网后系统电压稳定性的影响

5．3．3 双馈机组的控制方式对风电并网后系统电压稳定性的影响

5．4 提高风电场接入地区电压稳定性的措施

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果