含前端調速式風電機組風電場接入對區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的研究.pdf

1、目前，我國各地風電場的機組主要以雙饋和直驅為主，隨著風電技術的發(fā)展，新型機組相繼出現(xiàn)，如FSCWT(前端調速式風電機組)以其電網(wǎng)友好型在我國甘肅河西地區(qū)得到應用。FSCWT的總體方案不同于雙饋式或直驅式機組的后端恒頻方案。FSCWT采用液力變矩調速器在機組的前端進行調速，應用無刷電勵磁同步發(fā)電機與電網(wǎng)直接耦合，機組具有低電壓穿越、無功輸出能力強，電能品質好，可靠性高等特點，從而使FSCWT構成的風電場并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響與傳統(tǒng)機組有很大的不

2、同。因此，對含F(xiàn)SCWT風電場接入對區(qū)域電網(wǎng)電壓產(chǎn)生的影響及電網(wǎng)穩(wěn)定性等問題進行研究具有重要的理論研究價值和工程指導意義。
　　首先，論文在分析FSCWT結構和工作原理的基礎上，闡述了機組核心部件液力變矩調速器的原理及其特點，重點分析了液力變矩調速器是如何實現(xiàn)變速恒頻的，并推導了導葉開度的數(shù)學模型，在此基礎上建立了FSCWT的數(shù)學模型。針對含F(xiàn)SCWT風電場的實際概況及運行特點，介紹了目前含F(xiàn)SCWT風電場的地理位置，根據(jù)該地區(qū)風

3、能資源的分布，分析了風電場的出力特性，總結了風電場及電網(wǎng)運行要求，在此基礎上介紹了風電場接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)的方案，最后對風電場進行了等值處理。
　　其次，以含F(xiàn)SCWT風電場接入甘肅民勤電網(wǎng)為例，研究了風電場接入對該區(qū)域電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。首先在電力系統(tǒng)分析軟件DIgSILENT中搭建風電場模型以及區(qū)域電網(wǎng)的模型，針對風電場接入后的無功電壓問題，探討了無功配置的原則，然后計算了風電場的無功補償容量。其次對電網(wǎng)進行了潮流計算和短路計算，通過潮

4、流計算檢驗網(wǎng)絡結構并選擇無功調壓裝置、無功補償設備等配置。通過短路計算分析了風電場接入對電網(wǎng)各節(jié)點短路電流的影響，在此基礎上，研究風電場接入對區(qū)域電網(wǎng)電壓的影響，分析電網(wǎng)內大部分節(jié)點電壓升高的原因。最后通過對含F(xiàn)SCWT風電場穩(wěn)定機理的分析，對比分析了含F(xiàn)SCWT風電場與含雙饋風電機組風電場接入后的低電壓穿越能力和對電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，并且研究了不同故障點的暫態(tài)穩(wěn)定性。研究結果表明所建立的風電場模型準確有效；含F(xiàn)SCWT風電場接入能

5、提高區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定性；當電網(wǎng)故障時，相對于含雙饋風電機組風電場，含F(xiàn)SCWT風電場對電網(wǎng)具有更好的暫態(tài)穩(wěn)定性和低電壓穿越能力。
　　最后，針對含F(xiàn)SCWT風電場接入后的電壓穩(wěn)定性分岔問題，以含F(xiàn)SCWT風電場接入典型的兩機三節(jié)點系統(tǒng)為例，首先討論了分岔理論的基礎知識以及分岔理論與電力系統(tǒng)結構穩(wěn)定性的關系，其次建立了表征機組動態(tài)特性的微分代數(shù)方程組，在此基礎上，應用分岔理論并結合時域仿真法在MATLAB/MatCont仿真環(huán)境中進行了

6、單參數(shù)分岔分析和多參數(shù)分岔分析，分析了系統(tǒng)電壓失穩(wěn)乃至崩潰的發(fā)生發(fā)展過程，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及解結構隨參數(shù)變化的非線性范圍內的動力學本質被揭示，并且不同控制參數(shù)情況下系統(tǒng)的分岔點和電壓崩潰臨界點被確定。最后分析了風速波動大小、風速擾動時刻及勵磁電壓大小對機組并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響，研究了勵磁調節(jié)作用下節(jié)點電壓隨風速變化情況。研究結果表明，系統(tǒng)平衡解數(shù)目和節(jié)點電壓會隨風速波動和勵磁調節(jié)作用發(fā)生改變;風速波動較大時，通過增大勵磁電壓，可以提高系統(tǒng)