浅谈风电对电力系统的影响

浅谈风电对电力系统的影响

随着中国对新能源的投资，寒风天气作为一种安全、可靠、清洁的新能源，得到了前所未有的发展。由于风电本身具有随机性、间歇性等特点,并且风电场一般选在偏远地方,往往需要经过长线路连接到电力系统,而风电场处电网结构往往比较薄弱,因此,在较大规模的风电场接入电力系统后,使得电力系统小干扰稳定的影响以及电网安全稳定运行的问题尤为重要。当风电机组在恒速风下作业时,风电机组可以看做常规机组,其输出功率稳定。当风速有波动时,比如出现以一定规律变化的阵风情况下,此时,好比在风电机组上施加了一个具有正弦信号的小扰动,根据文献[1]可知,这时容易引发系统强迫功率振荡,当阵风频率与系统固有频率接近时,振荡幅值到达最大值。文献[2]介绍了发生在河北南网安保线实列阐释了强迫功率振荡机理。文献[3-6]介绍了几种可能引起系统强迫功率振荡的扰动源。共振形振荡的发生,关键在于扰动源的存在,因此寻找扰动源成为关键。签于此,本文在风电并网大趋势下分析新型的强迫功率振荡扰动源。国内外专家对风电并网进行了一系列深入的研究。1发电机模型下面以单机无穷大系统为例,分析电力系统低频振荡机理。设发电机采用经典二阶模型,X在工作点线性化:当无阻尼D=0时,特征根反映机组在转子角增量Δδ在扰动后的过渡过程将相对无穷大系统做角频率为ω有阻尼时振荡角频率Ω≠ω2屋顶能源模型2.1齿轮机和齿轮箱的转速特性风力发电机主要由叶片、轮毂、齿轮箱、联轴器等传动装置构成。轮毂连接叶片和齿轮箱,具有较大的惯性,其两边的转矩可用一阶惯性环节表示:式中,T齿轮箱和联轴器是传动装置,传递风轮机和异步发电机的转矩,动态方程:式中,ω为风轮机转速;T风机稳态运行时,风轮机转速基本不变,可认为2.2对不同风速模型的模拟当风速变化时,风机输出功率将随着变化,可以将风速的变化视为一个扰动源。现在应用比较广泛的的风速模型有威布尔分布(weibull)和混合风速。其中威布尔分布,是一种形式简单又能很好模拟实际风速分布的数学概率模型,通常只要给定威布尔分布参数k和c,便能确定风速分布。混合风速模型采用四分量法,将风速分解为基本风v1基本风基本风v22配置数学表达式为式中,A32渐进风数学表达式为其中,A4随机风风速的随机性一般用随机噪声风分量来表示。综上,作用在风力发电机的风速为3传输线小干扰稳定性分析本文采用基于Matlab下的PSAT(PowerSystemAnalysisToolbox)进行仿真,算例采用混合风速模型,并不考虑随机风。风电机组通过升压变压器连接至无穷大系统,风电机组装机容量10MW。系统图如图1所示,算例采用标幺值数据。单台异步发电机参数(以额定容量2MW):R设置风机初始出力4MW,在PSAT中利用小干扰稳定性分析求出系统的固有频率为0.73741Hz。以下图中功率为100MW下标幺值。设置仿真时间为30s,阵风持续时间为5~20s,其中阵风幅值分别为1.0m、0.75m、0.3m,风速如图2所示。此时引起传输线2-1功率振荡如图3所示。由图中看见,随着阵风幅值的增大,功率波动幅值变大,并且功率在3~4个周期内到达最大值,在阵风结束后,功率在几个周期后稳定,说明系统具有良好的阻尼效果。改变阵风频率,如图4所示,设置阵风频率分别为:固有频率0.73741Hz、0.3Hz、0.8Hz,可以观察出在阵风频率与固有频率一致时,其振荡幅值最大。改变风机出力为5MW,利用小干扰稳定性分析求出系统的固有频率为0.70246Hz,图5是在阵风幅值0.45m,扰动频率分别为0.70Hz和0.85Hz下传输线2-1功率曲线。4阵风幅值对功率振荡的影响本文基于单机无穷大系统研究了风电场出现持续阵风时,对系统功率振荡造成的影响。仿真分析可以发现,当阵风频率与系统固有频率接近或一致时,引起系统功率振荡的幅值最大,且随阵风幅值变大而变大。当风机出力改变