梅州大规模风电接入对电力系统暂态稳定性影响研究

福州大学电气工程与自动化学院的研究人员林旻威、温步瀛,在2017年第4期《电气技术》杂志上撰文指出,近年来随着风电装机在电力系统中的比例逐步增加,风电场并网对电力系统的影响越来越大. 本文从风力发电机单机建模、风电场聚合建模到含风场的系统暂稳特性等相关技术研究成果进行了总结,并对含风电电力系统的暂态特性分析方法进行了概括分析,比较了各种方法的优缺点.后,对相关技术的发展趋势做出预测,并提出了一些后续研究的建议内容.

从上世纪五十年代起,我国展开了对风力发电技术的实践探索,八十年代中期引入了55kW容量等级的风力发电机组并将其投入了商业应用.在此之后的近30年内,世界范围内的风力发电机组均向大容量、高参数发展,我国的风力发电产业也已基本成熟.

即使受到了金融危机的影响,我国风电新增装机容量在2008年到2009年有小幅度的下降,近几年来我国的风电装机仍然进展迅猛,在2009到2015年间,年均风电新增装机也达到了1905万kW.到2015年为止,我国的风力发电装机总容量已经达到了14536万kW[1-2].

随着并网运行的风力发电穿透率日渐提升,对风力发电的研究重点逐渐从风力发电机的电能质量转移到了由并网风机所引起的电网运行稳定性问题上[3].由于各类风力发电机组的工作原理与连接方式与传统的同步发电机组均有较大的差异,以前的稳定性研究方法和研究工具在并网风机的稳定性问题上难以适用.

电力系统电磁暂态与机电暂态的仿真是研究该问题的重要手段,而对风力发电机组的准确建模是该研究http://qilin.76yo.com/方法有效的重要保证[4].

本文从不同的角度对国内外在大规模风电并网对电力系统暂态稳定性的影响方面的各研究成果进行了总结,为后续的研究提供思路和启发.

1风电机组及其控制策略的建模(公式略)1.1风速及风力机建模风力机是风力发电机组的原动机,工作时捕获风中的动能并将其转化为机械能.许多文献都从贝兹理论[5,8]出发,建立了风速、风力机转速与风力机转轴上的输出功率与输出力矩的关系,如式(1)、(2)所示.并可以据此画出不同风速下风力机的输出功率与风力机转速的关系,如图1所示.

在对风速的建模中,根据不同的应用场景,有的文献将风速看做恒定值,有的文献采用了四分量法[7]对短时间内的风速变化情况进行了模拟.文献[6]将时间序列法应用于风速与风力发电功率的预测,引入了Weibull分布对时间序列法预测得到的风速序列进行了修正,并与时序神经网络法风速预测进行对比.文献[11]则使用了时间序列法得出了一种适合于风力发电机组暂态特性仿真的风速模型.