分布式发电中大型风电场并网对静态电压稳定性影响研究

1 风电场并网稳定性研究现状分析

异步发电机在系统的应急过程中消耗无功功率和行为类似于异步电动机，从而降低了局部电网电压稳定[1-3].目前变速风力机结合配备了双馈式感应发电机(DFIG)的组合因为其先进的无功电压控制能力，被应用地越来越广泛.双馈式感应发电机利用电力电子变换器能够调节自己的无功功率在一个给定的功率因数或控制电网电压情况下.然而，由于PWM(脉冲宽度调制)转换变换能力有限，双馈发电机的电压控制能力不能跟上同步发电机.当双馈发电机的电压控制要求超出能力时，电压稳定性在电网中也受到影响.风能对振荡阻尼的影响，可通过用定速或者变速产生电能来代替系统中同步发电机产生的电能解决.由于风力发电机的并网，电压模式也会受到影响.不同的风电集成水平和替代电网的电压稳定性限制、动态负荷建模和不同问题的故障分析也已被研究.并且负荷特性与电压不稳定是密切相关.

大型风力发电网互联的问题也被密切关注，同时有人也提出可能的解决方案：使用交流和直流传输技术或者柔性交流传输系统储能装置.研究大型双馈风电场的电力系统暂态稳定性的影响，需建立完整的发电机模型，但在最常见的暂态仿真软件中缺少此发电机模型.也说明当某一个同步发电机由双馈型风力发电机当所取代，电力系统暂态稳定性可以提高到一定程度.当故障电流超过额定值，短路转子的影响在本文中不考虑.然而，在大的干扰下，双馈感应发电机(DFIG)的表现为增加转子绕组的鼠笼型感应发电机.在系统中，人类目前需要适应越来越大的风能并且面临着其对系统运行的影响，还有分散风电加入的挑战.现在界内将短期的电压稳定性研究作为一个主要关注的问题，先已有对输电系统中发生短路故障时电力电网的响应进行评估研究.大型风力发电并网技术问题中长线路和风力发电设备中最重要的挑战包括电压控制、无功功率管理、动态功率波动的稳定性，和并网时的干扰行为.变速风力发电厂的解耦特性确保当安装在相同的位置时其稳定性能可以超过传统相同等级的同步发电机[4-5].

2 双馈感应风力发电机数学模型

双馈异步感应发电机的等效电路如图1所示，在普通感应电机等效电路的转子电路中加入电压源后就成为了双馈电机的等效电路.

1.3.3 超滤耦合径向流色谱分离灵芝多糖工艺流程 在不同步骤分别采用径向流色谱法、轴向色谱法和Sevag法脱除灵芝子实体中的多糖蛋白。

在知道风速为何值的条件下，借助风速与功率之间的关系式，可以求出由风机产生的总电能.若不计及极小的损耗，它就是传输进入电力系统的总值，即总的有功功率Pe.也可将Pe拆分成两个物理量，即Ps和Pr，其中Ps是由风机定子侧产生的有功功率；Pr为风力机转子侧产生的有功功率，但Pr可正可负，这取决于转子转速与同步转速之间的差值.若差值为正，即转速大于同步转速，则Pr为正，代表转子侧发出有功；反之亦然.此类发电机的无功功率也拥有与有功功率相似的产生方式，也分为定子侧和转子侧.此类发电机的运行方式不只一种，既可以选择让其保持电压为固定值的恒电压运行，也可维持其定子侧的功率因数不变而运行在恒功率因数模式[6].

  

图1 双馈机的等效电路图Fig.1 Equivalent circuit diagram of doubly fed machine

  

图2 转子转速控制规律Fig.2 Rotor speed control law

因为与电抗相比，电阻实在是太小，以至于忽略电阻不会对计算结果产生很大的不利影响[7]，计算转子绕组发出的有功功率的表达式为：

 

(1)

其中，

将Pr公式代入，则风电机组对系统做的有功功率为：

 

(2)

其中，求取滑差s的前提是需要先求解出风机转子的旋转速度.分段函数对应的图形如图2所示.若发电机的同步转速为ω1，转子本身的旋转速度为ω，则s=(ω1- ω)/ω1[7].

 

(3)

研究区属于寒温带湿润季风气候。其特点是冬长夏短，春秋相连，低温湿润，日照少。冬季长达9个月（平均气温<10℃），最低气温为-58℃，最高气温达到40℃，降水集中在7、8月份，年降水量在450～550 mm，冻结期在7个月以上；9月底至第2年的5月初为降雪期，降雪厚度一般在20～40 cm；年均日照为2 594 h，无霜期90 d左右。

Qe=Qs=Pstanφ

(4)

(2) 根据风速功率曲线计算得到双馈风力发电机的有功功率Pe.

受转子变流器最大电流限制而形成的运行范围为：

 

(5)

由(4)和(5)可以解得：

气道湿化的效果决定吸痰效果的关键，根据患者肺部情况和痰液黏稠度，分别采用适宜的湿化方式。对于咳嗽反射敏感、呼吸状况良好，痰液稀薄者可采用小剂量、短时间多频率的雾化吸入，其优点是避免直接滴入药物对气管的刺激引起患者的呛咳，减少药物对气管局部的理化性损伤。对于痰液黏稠者，则采用每两小时滴入碳酸氢钠盐水一次，起到溶解、稀释干燥痰液及杀菌作用，使黏痰变稀易于咳出。气管切开患者每日由呼吸道失水约200 ml，湿化量应高于正常需要量，以200～220 ml为宜，湿化液的温度在32～35℃[4]。定时观察湿化器中液体量，防止湿化液过少影响气道湿化

 

(6)

其中，

 

(7)

(8)

(9)

为找出廊道内部的动应力反应规律，根据廊道结构受力特点，在左岸选取了三个典型剖面(见图9(a))进行分析，动静叠加后应力分布情况如图9所示。

3 潮流计算中双馈风力发电机模型

3.1 当双馈风电机处于恒功率因数方式运行

小编好，我是一名高三的复读生。事情是这样的：我独自一人回到老家复读，刚到一个新的环境，有诸多的不适应。这时，一个女同学出现了，她一直帮助我，我渐渐喜欢上了她，不知该怎么办？

综上所述，项目建成后，将较大幅改善城区现有环境，提升城区品位，改善生态环境，带动其他相关产业的发展，促进区域经济的整体发展，同时项目建设的社会、生态环境效益显著。

 

(10)

(4) 根据式(2)～式(10)计算出双馈风力发电机的无功功率Qe.

计算流程如下:

李渔“三美说”中提出的第二个观点是，“文词不警拔，不传”。那么，我们需要回答的是“文词”何以 “警拔”呢？答案至少包括以下几点。

(1) 设定风速，设定恒定运行电V.

由式(2)和(4)可以得到：

(3) 将Pe，V以PV节点代入系统潮流计算中，得到风电场母线注入无功功率Qe.

(4) 根据式(2)计算Ps.

(5) 将Ps，Qe，V代入式(10)检查是否越限.

当定子侧的功率因数恒定[3-4]，设功率因数为cosφ，则Qs=Pstanφ.又因为变流器基本上不参与功率交换，所以就将风机的无功近似为定子绕组的无功，即:

3.2 当双馈风电机处于恒电压方式运行

计算流程如下:

(1) 设定风速，设定风电场电压初值为V.

但因定子侧无功功率受到定子绕组、转子绕组和变流器最大电流限制，故需要考虑各种限制条件[8].当风电机组运行在恒功率因数的模式下，无功功率就仅仅是机端电压的函数了，与其他物理量无关.如果要将风电场看作为PV节点，也就是机组进入恒电压运行模式，虽然成为PV节点会使计算便捷一些，但此时会受到很多条件的约束，也带来一定困难.

(2) 根据风速功率曲线算出双馈风力发电机的有功功率Pe.

(3) 根据风电机组的转速控制规律式(2)～式(7)，计算滑差s.

更具体地说，基于本研究的数据和分析，针对在英留学生提出了四个相当重要和有用的建议，忽略了复杂的交易过程和复杂的互联网知识。

其中，Irmax为转子变流器最大电流限制值.

(5) 算出Pe，Qe后，将该风电场作为PQ节点代入系统潮流计算中，得到风电场母线电压V′.

(6) 比较V和V′，若V′≠V，则令V=0.5(V+V′)，返回步骤(4)继续执行步骤(4)到(5).直到两次所得电压之差在规定误差范围之内，即|V′-V|<ε，ε=1×10-5.

这种模型虽然较为精确，但也是分两步迭代，迭代次数多，计算量大，使得计算速度较慢.

4 仿真分析

本文采用的是IEEE14节点系统，首先进行有风电场并网的牛顿拉夫逊潮流计算，各节点电压图，相角图，有功功率图以及无功功率图.然后进行连续潮流法仿真，得到功率变化最大值以及各个节点PV图，找出电压最薄弱的负荷点并增加无功补偿装置，重新进行潮流计算，分析结果[14].利用PSAT进行编程计算仿真，通过式(10)等得出系统参数如下.风电场接入系统线路参数为12.6+j24.96 .忽略尾流效应，既有每台风电机组的切入、切出、额定风速均相同，额定电压为690.

运行连续潮流法，可得到各个节点相角图和PV图.以13节点PV图为例，见图3.

Ⅰ类切口手术（清洁手术）1 207例，术后感染39例，感染率为3.23%，其中5例为手术部位感染，感染率为0.41%。Ⅱ类切口手术（清洁-污染手术）92例，术后感染2例，均为手术部位感染，感染率为2.17%。Ⅲ类切口手术（污染手术）37例，术后感染1例，为手术部位感染，感染率为2.70%。

  

图3 母线13未加无功补偿PV图，13节点补偿后PV曲线Fig.3 Bus 13 without reactive compensation ，PV curve after node compensation

其中，13节点也恰好是节点电压较低的节点，因此考虑在13节点处增加无功补偿装置，提高稳定裕度.本文为13节点增加无功补偿装置SVC为例.再次运行连续潮流法，得到此时13节点PV图[15].

5 结论

本文针对大型风电场并网对静态电压稳定性影响进行分析和研究，使用连续潮流法后，可绘制PV图，从PV图中可知仍能保持节点电压稳定的负荷功率最大值，并比较各节点PV图，可知整个系统中的薄弱环节.从PV图中可直观看到，通过给薄弱节点增设无功补偿装置SVC，可使系统稳定裕度得到提高，可得知无功功率会大大影响节点电压.

参 考 文 献

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