風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)分析

風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)分析

1總結(jié)風(fēng)電站通常位于電網(wǎng)的末端，因?yàn)殡娋W(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)很差。當(dāng)電網(wǎng)被引入電網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)的趨勢(shì)分布會(huì)發(fā)生變化。2計(jì)算靜態(tài)運(yùn)行時(shí)最大風(fēng)速的能力的方法2.1潮流計(jì)算方法的確定分析含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性,需要以潮流計(jì)算作為分析工具。此處主要研究采用籠型異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)容量問題。該發(fā)電機(jī)為固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組,具有特有的功率特性,即風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)的電壓和無功功率均為待求量,故不能簡單地設(shè)為PQ節(jié)點(diǎn)或PV節(jié)點(diǎn),需要在潮流計(jì)算中對(duì)風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一定的處理式中:u當(dāng)異步發(fā)電機(jī)有功功率已知時(shí),其吸收的無功功率Q式中:P當(dāng)風(fēng)電場的風(fēng)速已知,可以求出每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功功率和無功功率,風(fēng)電場的功率等于所有風(fēng)電機(jī)組的功率之和:式中:P,Q,v,n,n程序采用牛頓-拉夫遜潮流計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算。2.2電容器組校核要求計(jì)算條件:(1)系統(tǒng)大方式,采用定漿距失速控制的異步發(fā)電機(jī);(2)風(fēng)電場無功補(bǔ)償度按風(fēng)電接入容量的30%配置;(3)風(fēng)電場采用軟并網(wǎng)方式,不考慮諧波問題;(4)機(jī)端采用自動(dòng)投切電容器組。校核要求:(1)風(fēng)電場無功功率應(yīng)當(dāng)能夠在其容量范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),使風(fēng)電場變電站高壓側(cè)母線電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%;(2)公共連接點(diǎn)的電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%;(3)風(fēng)電場升壓變電站高壓側(cè)功率因數(shù)運(yùn)行過程中可按-0.98~+0.98控制。風(fēng)電場接入系統(tǒng)后,按2.1節(jié)所述方法進(jìn)行潮流計(jì)算:計(jì)算中不斷增加風(fēng)電接入容量,在風(fēng)電場升壓站內(nèi)進(jìn)行無功補(bǔ)償,控制風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在額定電壓的-5%~+5%。得到使并網(wǎng)電壓合格的最大風(fēng)電接入容量,即為穩(wěn)態(tài)時(shí)風(fēng)電場最大接入容量。3陣風(fēng)擾動(dòng)校核計(jì)算條件:(1)系統(tǒng)大方式,機(jī)群采用等值注入的方式處理;(2)考慮陣風(fēng)、漸變風(fēng)兩種方式的風(fēng)速擾動(dòng);(3)風(fēng)電場功率因數(shù)保持在-0.98。校驗(yàn)采用的風(fēng)速擾動(dòng)方式:(1)陣風(fēng)擾動(dòng)1,正常方式下運(yùn)行于14m/s額定風(fēng)速,陣風(fēng)3s啟動(dòng),8s結(jié)束,陣風(fēng)風(fēng)速升高到24m/s;(2)陣風(fēng)擾動(dòng)2,正常方式下運(yùn)行于額定風(fēng)速,陣風(fēng)3s啟動(dòng),8s結(jié)束,陣風(fēng)風(fēng)速降低到4m/s;(3)漸變風(fēng)擾動(dòng),正常方式下運(yùn)行于額定風(fēng)速,漸變風(fēng)2s啟動(dòng),4s風(fēng)速升至24m/s,之后保持8s結(jié)束。校驗(yàn)采用故障方式:風(fēng)電場附近重要線路發(fā)生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路。校核要求:(1)典型風(fēng)速擾動(dòng)時(shí),系統(tǒng)、風(fēng)電場保持電壓穩(wěn)定;(2)系統(tǒng)故障方式時(shí),系統(tǒng)、風(fēng)電場保持電壓穩(wěn)定。暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中不斷增加風(fēng)電接入容量,考慮系統(tǒng)受到陣風(fēng)、漸變風(fēng)、不同故障方式擾動(dòng)等情況,找到使系統(tǒng)和風(fēng)電場都保持暫態(tài)穩(wěn)定的最大風(fēng)電接入容量,即為暫態(tài)時(shí)風(fēng)電場最大容量。4kv方城變分解區(qū)以河南南陽電網(wǎng)接受方城風(fēng)電能力為例說明所提方法的可行性。目前,方城縣有方城變和裕州變兩座110kV變電站。規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電場處于110kV方城變的供電區(qū)域,距離該站約8km,而距離110kV裕州變較遠(yuǎn),約30km。因此,計(jì)算所涉及的并網(wǎng)點(diǎn)主要基于110kV方城變電站而言。方城風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用S50-750kW異步發(fā)電機(jī),機(jī)端出口電壓0.69kV,場區(qū)內(nèi)按兩個(gè)場址4組布置,單機(jī)經(jīng)過箱式變升壓至10kV,通過4回10kV架空集電線接入場區(qū)內(nèi)自建的升壓站,再通過架空輸電線路接入110kV方城變。4.1風(fēng)電場容量對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的影響風(fēng)電場以110kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果如表1所示。通過分析,風(fēng)電場以110kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng),通過計(jì)算分析,風(fēng)電場以110kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)后,系統(tǒng)受到的影響隨風(fēng)電場容量的不同而不同。風(fēng)電場容量為22.5MW時(shí),系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓受影響較小,升壓站主變功率因數(shù)明顯下降。在風(fēng)電場無功補(bǔ)償度達(dá)到30%時(shí),并網(wǎng)點(diǎn)電壓、功率因數(shù)基本可以滿足要求。風(fēng)電場容量為50MW時(shí),在升壓站無功補(bǔ)償度達(dá)到30%時(shí),并網(wǎng)點(diǎn)電壓0.946pu、功率因數(shù)0.97,基本可滿足要求。風(fēng)電場容量為60MW時(shí),在升壓站無功補(bǔ)償度達(dá)到30%時(shí),并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)低于0.95,并網(wǎng)點(diǎn)電壓逼近電壓下限。因此,在風(fēng)電場升壓站無功補(bǔ)償度達(dá)到30%,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)所能接受的最大風(fēng)電場容量為50~60MW。4.2風(fēng)電場并網(wǎng)故障原因分析并網(wǎng)電壓水平110kV,考慮風(fēng)電場與系統(tǒng)之間的電氣距離,一般110kV注入等值電抗約0.4。考慮3種故障方式:(1)白河至青臺(tái)一回220kV線路青臺(tái)變側(cè)發(fā)生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路;(2)北關(guān)至方城110kV變電站110kV線路方城變側(cè)發(fā)生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路;(3)110kV裕州變至110kV方城變一回110kV線路發(fā)生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路。以下為不同風(fēng)電場接入容量時(shí),在不同風(fēng)速擾動(dòng)與故障方式下,計(jì)算所得的部分曲線與結(jié)論。(1)風(fēng)電場并網(wǎng)于方城110kV變電站110kV母線、接入容量為35.25MW,發(fā)生故障方式(1),曲線如圖1a所示。由圖可見,系統(tǒng)電壓在故障瞬間大幅下降,切除故障后又迅速上升至穩(wěn)態(tài)值。由圖1b可見,系統(tǒng)電壓在故障瞬間大幅減少,切除故障后又迅速上升至穩(wěn)態(tài)值。發(fā)生漸變風(fēng)擾動(dòng)2,曲線如圖1c,d所示,由圖1c可見系統(tǒng)電壓在故障期間有一定波動(dòng),切除故障后恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)值;由圖1d可見風(fēng)電場有功輸出在故障后逐漸減少至零,切除故障后逐漸增加至穩(wěn)態(tài)值,轉(zhuǎn)差率在故障前后基本不變,系統(tǒng)和風(fēng)電場均穩(wěn)定。(2)風(fēng)電場并網(wǎng)于方城110kV變電站110kV母線、風(fēng)電接入容量為36MW,發(fā)生故障方式(1),曲線如圖2所示,由圖可見,風(fēng)電場有功輸出在故障瞬間急劇減小,切除故障后增加,短時(shí)間后又不斷減小,風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)差率不斷減小,風(fēng)電場不穩(wěn)定。發(fā)生陣風(fēng)擾動(dòng)情況與圖1c,d類似。發(fā)生故障方式(2),(3)的分析過程與故障方式(1)相似。由此得出風(fēng)電場接入系統(tǒng)校驗(yàn)結(jié)果,可知風(fēng)電場并網(wǎng)于110kV方城變電站110kV母線;風(fēng)電接入容量小于或等于35.25MW時(shí),系統(tǒng)和風(fēng)電場均能保持穩(wěn)定;風(fēng)電接入容量超過36MW時(shí),系統(tǒng)和風(fēng)電場故障方式,系統(tǒng)穩(wěn)定,風(fēng)電場不能保持穩(wěn)定。通過穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析,可得風(fēng)電場并網(wǎng)于方城110kV變電站110kV母線時(shí)(并網(wǎng)方式A),風(fēng)電場最大接納風(fēng)電能力指標(biāo)如表2第一行數(shù)據(jù),第二行數(shù)據(jù)為風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)于方城110kV變電站35kV母線時(shí)(并網(wǎng)方式B),風(fēng)電場最大接納風(fēng)電能力。通過對(duì)比,可見系統(tǒng)短路容量越大,風(fēng)電接入容量也越大。鑒于以上分析,以47×0.75MW的風(fēng)電容量接入,能夠保證南陽電網(wǎng)電壓和風(fēng)電場自身的穩(wěn)定性。5風(fēng)電場接入容量經(jīng)研究分析,結(jié)論如下:(1)潮流計(jì)算中對(duì)風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一定處理,根據(jù)異步發(fā)電機(jī)有功功率和參數(shù)求解其無功功率,較準(zhǔn)確地反映出其無功和電壓特性;(2)提高風(fēng)電場的功率因數(shù),即提高無功補(bǔ)償量可有效增加風(fēng)電場的最大裝機(jī)容量;(3)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線、風(fēng)機(jī)布置對(duì)風(fēng)電接入容量的影響反映在風(fēng)電場與系統(tǒng)之間的電氣距離上,