中小规模风电场建模及接入配电网系统影响研究

摘要

近年来，世界能源短缺和环境恶化问题凸显，风力发电因其不消耗一次能源，发电过程能做到碳零排放，符合环境保护和可持续发展的政策要求，成为了电力能源领域研究和应用的热点。风电输出功率具有波动性和随机性，已建成的风力发电场主要接入容量较大，抗干扰能力较强的高压输电干网中，然而随着我国区域经济发展和节能减排的需要，将中小规模风电场接入配电网中直接向当地负荷供电日渐成为风电并网的一个重要发展方向。
　　 风电接入配电网后会对电网结构和运行产生很大的影响。配电网接入风电电源后，单向辐射状的网络拓扑会形成多电源环网结构，其系统潮流将有较大程度的改变。故此为工程实践需要，须亟待研究解决风电接入配电网对系统稳定运行的影响问题。基于此，本文在考虑风电和配电网各自特点基础上，进行了中小规模风电场模型研究，提出一种计及风电接入配电网的改进随机潮流算法，研究分析了风电场对配网电压分布和系统安全运行的影响。
　　 文中首先介绍了风力发电技术及其接入配电网系统的研究背景和国内外研究现状，继而明确本文研究方向和主要研究内容。
　　 其次，注意到配电网容量小，抗波动能力较弱的特点，风电场并网后，场网两侧会相互影响，因此在考虑风电场地形气象因素、不同风机类型以及并网点电压波动等因素基础上，建立了适宜配网分析用中小规模风电场模型。
　　 最后，考虑到风电输出功率具有明显的波动性，而作为决定风场出力主要因素的来风速度具有不可预测性，文中研究并提出了一种考虑不同概率分布模型的改进随机潮流算法。分别通过对不同接入容量，不同接入位置，不同类型风电机组构成风电场接入对配电网系统安全运行影响情况进行了仿真分析，并根据随机潮流计算结果分析配网接入风电后对其电压分布的影响，并给出了相关结论。

目录

声明

摘要

1 前言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状和发展前景

1.2.1 风电场建模研究

1.2.2 风电并入配电网研究

1.3 本文主要工作

2 中小规模风电场建模研究

2.1 风力发电机组稳态模型

2.1.1 变桨距风力机模型

2.1.2 变桨距定速异步风力发电机组

2.1.3 变速恒频双馈感应式风力发电机组

2.2 风电场建模

2.2.1 风能分布模型

2.2.2 考虑场内电气联络的电压分布

2.2.3 风电场模型

2.3 仿真结果及分析

2.3.1 风电机组并网特性仿真

2.3.2 考虑场内分布参数的风电场并网仿真

2.4 本章小结

3 基于半不变量的改进随机潮流计算

3.1 随机潮流简介

3.2 潮流方程模型线性化

3.2.1 节点功率方程线性化

3.2.2 线性化支路功率潮流方程

3.3 相关概率理论

3.3.1 矩、中心矩

3.3.2 半不变量

3.3.3 Cornish-Fisher级数

3.4 随机潮流计算算法流程

3.4.1 节点注入功率的随机分布及其半不变量求法

3.4.2 改进随机潮流计算流程图

3.5 本章小结

4 计及风电场的改进配电网随机潮流计算研究

4.1 风力发电场随机模型

4.1.1 风速随机模型

4.1.2 风力发电机组功率随机模型

4.2 计及风电场的改进配电网随机潮流算法

4.2.1 改进随机潮流算法步骤

4.2.2 算法流程图

4.3 算例分析

4.3.1 小型(单机)风电场接入配电网分析

4.3.2 中等规模风电场接入配网分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文的主要工作

5.2 未来工作及展望

致谢

参考文献

附录

附录1:风电场风速采样图

附录2:浙江某地16节点配电网系统算例

在校学习期间发表的论文与参加科研情况