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风电并网对电压稳定的影响与调整策略

作者: 发布时间:2020-01-20 15:35:02 阅读: 62 次

                                

 要:随着风场装机容量占系统负荷比例的提高,风力资源具有的不确定性与风机本身的缺陷凸显,风电并网电压稳定问题亟待解决。应用静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM),可改善风电并网电压稳定性差的问题,提高风电机机组的低压穿越能力。利用Matlab/Simulink风场仿真模型,可以分析风机本身的特性,了解STATCOM对确保风电机组连续运行及电网稳定的必要性。

关键词:风电并网;电压稳定;静止无功补偿器;低压穿越;穿越功率极限;

 

中国正处于能源转型的紧迫时期,而风能取之不尽且无污染。2012年底国内风电并网装机达6000万千瓦。大规模风电并网已成为必然趋势。

然而,由于我国风力资源分布不均匀,风电基地大多处于电网末端。且机组普遍采用异步发电机,风电系统在向电网注入有功功率时也从电网吸收了无功功率。若系统无功供给不能满足,就可能引起电压降低,甚至电压崩溃。世界各地的大电网因风电并网导致的崩溃事故屡见不鲜,风机的这种特性,使风电接入系统后的电压稳定研究迫在眉睫。

本文以主流的恒速恒频风力发电系统为对象,通过Simulink仿真平台,讨论了风电接入系统影响电压的因素。在不同的扰动下,提出改善措施。

 

1风电机组低压穿越能力

风机低压穿越能力源自德国E.ON标准:故障后电压恢复,必须保证风电场连续运行且不脱离电网、风电机组动态发出无功以支持电网电压,加速系统电压恢复,防止机组由于电压低跳闸。风电机组这种故障期间不间断并网运行的能力称为低压穿越能力(Low Voltage Ride Through,LVRT)

2短路容量比

短路容量反映系统连接点与电源的电气距离、联系紧密程度与网络结构的强弱。短路容量大表明由扰动引发的电压变化小,有利于扰动后电压恢复。

风场额定容量与风场接入点短路容量之比称为风场短路容量比K。各国其定义不尽相同,一般取经验数据4%5%。我国受地理位置的限制,考虑电压稳定与风能充分利用,短路容量比有所调整。

3风电穿透极限

风电装机容量占系统总负荷的比例称穿透功率。在并网容量大时,普通风电机组对电压无控制能力,因而系统的电压稳定性会降低。在电压稳定的情况下,我们可以得到电网风电功率穿透极限,这在电网规划指导里有重要作用。

4无功补偿器

风机较其他电机更需加装无功补偿器,每台风电机组都配有补偿电容器,然而电容器的补偿效应差,当系统无功缺额越大,补偿的无功越少。因此需在电容器补偿基础上,加装更先进的无功补偿装置。

STATCOM是无功补偿领域新技术的代表,是灵活柔性交流输电系统(FACTS)的重要部分。它并联于电网中,相当于一个可控无功源,其无功电流可快速跟随负荷无功电流变化而变化,自动补偿电网系统无功功率,对电网实现动态无功补偿。

5数字仿真与结果分析

Simulink环境下,建立风场并入无穷大系统仿真模型。参数如下(以1.5MW为基准容量的标幺值):

额定电压u=575V,频率f=50Hz,定子参数=0.0048=0.1248,转子参数=0.0043=0.1791,励磁电抗=6.67,惯性时间常数H=5.04s

利用Simulink构建仿真模型,基于以下不同变量进行动态仿真:

一:两台1.5MW风电机组同时并网发电,基本风速为7m/s,仿真时间15s,阵风强度分别为15m/s20m/s25m/s5s开始,持续时间3s,在风电场高压测进行线路有功、无功测量。

二:在阵风25m/s时,对比加装与不装STATCOM时,电网线路中的无功、电压波形。

在方案一的仿真波形中可以看出,风速越大,电压波动越大,转速迅速上升,无功需求大,此时系统无法提供足够的无功支持,最终导致电压崩溃。要解决这一问题,需采用交直交拓扑结构,控制直流电压的逆变,就能达到电压稳定。具体方法与装置不再叙述。

方案二中我们明显直观看到了加装STATCOM后,系统电压能在原来发生崩溃的情况下继续保持运行。

6结论

利用Simulink建立风电场模型后,仿真表明,随着风能的利用,风电系统本身的弊端开始体现,风电并网会引起电压波动和闪变,严重时将导致电压崩溃。通过加装STATCOM,抑制了电压的波动,降低了机组解裂的可能,提高了电网的低压穿越能力,改善了电网接入电压稳定性。

参考文献

[1]  金海峰,吴涛.风电接入系统后的电压稳定性问题[J].电力系统自动化设备,2010,30(9):82-84.

[2]  段献忠,何仰赞,陈德树.电压崩溃理论探讨[J].电力系统及其自动化学报,1991,3(2):1-7.

[3]  付小伟,王进.风电集中并网运行研究[J].电气技术,2012,26(8):8-11.

[4]  刘文洲.风力发电现状及展望[J].长春工业学院学报,2001,2(3):15-17.