風(fēng)電場(chǎng)等值文獻(xiàn)綜述

1、風(fēng)電場(chǎng)等值文獻(xiàn)綜述、風(fēng)電場(chǎng)等值的背景和意義近幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)和科技迅速發(fā)展，物質(zhì)文化水平不斷提高，但在 這種繁榮背后卻付出了慘痛的能源和環(huán)境的代價(jià)。一方面，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨 著能源尤其是化石能源消耗量的不斷提高，按照現(xiàn)在的能源消耗量規(guī)模，化石能 源等不可再生能源存在著很大的短缺甚至枯竭的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，化石能源的廣 泛應(yīng)用也帶來(lái)了許多的環(huán)境問(wèn)題，其中大氣污染和全球變暖等問(wèn)題已經(jīng)引起了世 界各國(guó)的關(guān)注。特別是在石油危機(jī)爆發(fā)之后，國(guó)際社會(huì)開始越來(lái)越重視能源消耗 和全球氣候變化等方面的問(wèn)題，各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹂_發(fā)和利用可再生能源的需求也開始 變得越來(lái)越迫切?？稍偕茉床粌H取之不盡用之不竭，不存在資源

2、枯竭問(wèn)題，而 且不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成直接的危害。在這樣嚴(yán)峻的能源形勢(shì)下，大力發(fā)展可再生 能源也成為世界能源發(fā)展的必然趨勢(shì)1。在電力領(lǐng)域，傳統(tǒng)的火力發(fā)電不僅需要消耗大量的化石能源（煤），而且傳 統(tǒng)的火力發(fā)電廠會(huì)排出的有害氣體、二氧化碳等的物質(zhì)造成污染環(huán)境、加速全球 變暖。面對(duì)能源危機(jī)，電力行業(yè)也開始探索將可再生能源用于發(fā)電領(lǐng)域。風(fēng)能作 為具有良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的發(fā)電能源之一受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，在近幾 十年得到了迅速的發(fā)展。2012年，全球的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)累積裝機(jī)容量高達(dá)282430MW， 同比增長(zhǎng)18.7%，新增裝機(jī)容量高達(dá)44711MW，同比增長(zhǎng)10.1%。而我國(guó)作為風(fēng) 電大國(guó)之一，2012年累

3、積裝機(jī)容量75564MW,新增裝機(jī)容量13200MW,繼續(xù)位居 世界第一。隨著風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行，風(fēng)電在電力系統(tǒng)中所占的 比重逐步增加，風(fēng)電場(chǎng)與電力系統(tǒng)之間的相互作用和影響也隨之加大。大規(guī)模風(fēng) 電場(chǎng)的接入會(huì)改變?cè)须娋W(wǎng)的潮流分布、線路傳輸?shù)墓β逝c整個(gè)系統(tǒng)的慣量，在 電網(wǎng)故障期間及故障切除后風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)特性也將可能會(huì)影響到所接入電網(wǎng)的 暫態(tài)穩(wěn)定性。為了更好的分析評(píng)價(jià)風(fēng)電場(chǎng)和電力系統(tǒng)相互作用的機(jī)理和影響，就 需要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行仿真建模。目前主要的風(fēng)電場(chǎng)仿真建模有兩種方式：（1）具體模型：即將風(fēng)電場(chǎng)中每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的詳細(xì)模型通過(guò)一定的連 接方式組合起來(lái)，這種模型既可以確定風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)

4、的功率注入也可以確定 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的電壓及電流關(guān)系，是一種精度較高的模型4。但是，把風(fēng)電場(chǎng)作為 外網(wǎng)，系統(tǒng)作為分析主體時(shí)，并不需要了解風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)信息。 特別是當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模較大時(shí)，如果針對(duì)每臺(tái)機(jī)組對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)建模，其規(guī)模 將非常龐大，而且過(guò)程也將相當(dāng)繁瑣。同時(shí)還將帶來(lái)如下問(wèn)題：潮流難于收斂、 需要更加高端的分析軟件、大大增加了費(fèi)用和時(shí)間成本。對(duì)于運(yùn)行調(diào)度部門來(lái)說(shuō)， 使用如此復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)模型進(jìn)行日常方式安排和安全穩(wěn)定措施控制研究，也是不 切實(shí)際的56。此外，隨著電力市場(chǎng)化改革的不斷深化，各區(qū)域間運(yùn)行獨(dú)立性的 逐漸增大，相互之間涉及商業(yè)秘密的信息不可避免的具有一定的不透明性，不同

5、子系統(tǒng)相互間的數(shù)據(jù)獲取也越來(lái)越不容易7。（2）等值模型：為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電的快速發(fā)展和規(guī)避具體模型的弊端，必須將 具體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立精確有效的等值模型。等值模型從整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的 影響出發(fā)，將風(fēng)電場(chǎng)看成一個(gè)整體，即可將一個(gè)大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)簡(jiǎn)化成為單臺(tái)或 者幾臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。等值模型可以解決具體模型規(guī)模大、復(fù)雜度高等問(wèn)題，大大 提高仿真的效率，但不同的等值方法建立的等值模型在進(jìn)行電力系統(tǒng)分析時(shí)可能 會(huì)得到不同的結(jié)果，因此如何建立一個(gè)更加準(zhǔn)確實(shí)用的等值模型以及如何對(duì)等值 模型進(jìn)行可靠的評(píng)價(jià)將會(huì)成為風(fēng)電場(chǎng)等值研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。二、風(fēng)電場(chǎng)等值模型穩(wěn)態(tài)等值模型由于風(fēng)電的本身具有的波動(dòng)性和間歇性，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電接

6、入主網(wǎng)后，將造成 線路功率和節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)，進(jìn)而影響主網(wǎng)的潮流分布和電壓水平，當(dāng)風(fēng)電裝機(jī) 容量較大時(shí)，可能還會(huì)出現(xiàn)線路功率和節(jié)點(diǎn)電壓越限等情況。同時(shí)，在確定風(fēng)電 場(chǎng)的并網(wǎng)方案、評(píng)估風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響、分析電網(wǎng)發(fā)生故障后風(fēng)電對(duì)系 統(tǒng)短路電流的影響等情況時(shí)，需要對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析。因此， 建立具有一定精度的風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)態(tài)等值模型對(duì)于含風(fēng)電的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析以及 后續(xù)的暫態(tài)穩(wěn)定分析起著至關(guān)重要的作用。8目前，主要的穩(wěn)態(tài)等值方法主要有PQ、PV簡(jiǎn)化模型和RX簡(jiǎn)化模型。（1）PQ、PV簡(jiǎn)化模型:由于是穩(wěn)態(tài)，因此主要關(guān)心的是風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率，往 往會(huì)通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)機(jī)組的運(yùn)行條件提出一些理想

7、化的假設(shè)，將風(fēng)電場(chǎng)的輸出功 率看作是風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)每臺(tái)機(jī)組輸出功率的總和，將風(fēng)電場(chǎng)出口節(jié)點(diǎn)作為PQ節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行計(jì)算?；蛘邔?duì)于有交流勵(lì)磁能力的雙饋機(jī)和全變流直驅(qū)機(jī)，當(dāng)工作在恒電壓控 制方式下使，可將風(fēng)電場(chǎng)的出口節(jié)點(diǎn)作為PV節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。9、10（2）RX模型：把異步發(fā)電機(jī)的滑差用機(jī)端電壓和有功功率的函數(shù)，給定初始滑 差和風(fēng)速，由異步機(jī)等值電路寫出異步機(jī)等值阻抗2 =三-二:，將發(fā)電機(jī)視為阻 抗型負(fù)荷加入潮流程序，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電場(chǎng)功率，并由風(fēng)速等信息得出機(jī)械 功率，根據(jù)兩個(gè)功率的差值修正滑差，反復(fù)迭代，最終使風(fēng)力機(jī)機(jī)械功率與發(fā)電 機(jī)電磁功率相平衡?？凇縍X模型充分考慮了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出特性，屬于比較

8、完善的模型，但此 模型迭代過(guò)程要分兩步完成，總迭代次數(shù)較多，收斂速度慢，因此實(shí)用性較差。 10、11而PV、PQ模型假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)的功率因數(shù)和單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)相 同，忽略了風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)集電系統(tǒng)和電氣接線等結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模較大時(shí)可能帶來(lái) 較大的誤差。10但在文獻(xiàn)5中作者提出，大量機(jī)組聚集后的整體效應(yīng)會(huì)使無(wú)功 波動(dòng)滑差的變化較小，隨著雙饋機(jī)和全變流直驅(qū)機(jī)等具有交流勵(lì)磁性能的機(jī)組成 為主流機(jī)組，將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)機(jī)組等效為恒功率的PQ節(jié)點(diǎn)或者是恒電壓的PV節(jié)點(diǎn)， 在實(shí)際中是可以接受的。同時(shí)可以在風(fēng)電場(chǎng)等值計(jì)算中加入風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)電氣接線的 等值模型，在一定程度上彌補(bǔ)PV、PQ簡(jiǎn)化模型的誤差。動(dòng)態(tài)等值模型風(fēng)電場(chǎng)

9、的動(dòng)態(tài)等值模型能夠反映系統(tǒng)擾動(dòng)下風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)運(yùn)行特性，一般用 于系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析研究，是風(fēng)電場(chǎng)等值建模的主要研究方面。建立動(dòng)態(tài)等值模 型主要是要減少系統(tǒng)狀態(tài)變量，降低系統(tǒng)方程的維數(shù)，同時(shí)波流系統(tǒng)的主要特征， 根據(jù)一定的要求對(duì)外部系統(tǒng)進(jìn)行降階簡(jiǎn)化。而風(fēng)電場(chǎng)是由大量的風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成， 因此風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是基于風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立的，考慮風(fēng)電場(chǎng) 自身的拓?fù)涮攸c(diǎn)，針對(duì)不同的研究問(wèn)題，等值出詳細(xì)程度不同的風(fēng)電場(chǎng)模型。參考文獻(xiàn)周瑋，孫輝，顧宏等.含風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究綜述J.電網(wǎng)保護(hù)與控制 global wind statistics 2012王荷生.風(fēng)電場(chǎng)等值建模及其暫態(tài)運(yùn)行特性研究D.2010.曹張潔，向榮，譚謹(jǐn)?shù)?大規(guī)模并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)等值建模研究現(xiàn)狀J .電網(wǎng)與清潔能源,2011,27(2)辛拓.風(fēng)電場(chǎng)靜/動(dòng)態(tài)模型等值方法研究D.2011.譚娟.含大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)等值研究D.