大型风力发电场并网对电力系统运行性能的影响分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ４卷第４期　河南机电高等专科学校学报　Ｖｏ１．１４№．４　２００６年Ｏ７月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｊｕｌｙ．２００６　大型风力发电场并网对电力系统运行性能的影响分析　姚娟，马临超　（河南机电高等专科学校电气工程系，河南新乡４５３００２）　摘要：大型风电场并网运行将会对电力系统造成较大的影响。如谐波、无功功率、电压波动、频率控制等。文中分　析了大型风力发电场并网对电力系统正常运行造成的影响。　关键词：电力系统；风力发电场；并网；仿真　中图分类号：ＴＭ６１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—２０９３（２００６）０４—００２２—０２　风速和风向的变化，影响着风力发电机发出的功　终装机容量和风电场在电网所处的位置（即：距离电　率，风电场存在的主要问题有谐波、无功功率、电压波　网区域变电站的远近）来确定。本文采用了整流逆变　动、频率控制等。为了进一步提高风力发电在电力系　的并网方式。　统中所占的比率，消除风电发展的障碍，减少风电对　系统的影响，必须对系统中风电场的容量作一定的限　２大型风力发电场并网对电力系统电压及频　制Ⅲ。　率的影响　本文介绍了大型风电场并网的三种方式，重点分　析了整流逆变并网时风力发电机的容量和转速对电　风电场输出功率的波动对于电网电压及系统频　力系统节点电压和频率的影响。　率的影响会随着风电比例的提高而加剧。在风电比　１　风力发电机并网控制方式　例较高的电网，风电场输出功率及系统负荷的变化，　使得电网稳定运行的问题成为一个主要的问题。　风力发电机的并网控制直接影响到风力发电机　风力发电场并网后，电力系统的运行方式应作出　能否向电网输送电能以及机组是否受到并网时冲击　相应的调整和优化，否则系统的电能质量和动态稳定　电流的影响。并网控制装置有软并网、降压运行和整　性将受到显著的影响。本文设计了风电场并人系统　流逆变三种方式　ｊ。　后的数学模型，利用电力系统分析综合程序　软并网装置：异步发电机直接并网时，其冲击电　（ＰＳＡＳＰ），模拟仿真了风电场接人电力系统后对系统　流达到额定电流的６～８倍，为了减少直接并网时产　电压及频率等的影响Ｌ３］。　生的冲击电流及接触器的投切频率，在风速持续低于　２．１　系统模型的建立　启动风速一段时间后，风力发电机才与电网解列，在　本仿真实验采用ＩＥＥＥ（Ｎｅｗ　Ｅｎｇｌａｎｄ）３９节点　此期间风力发电机处于电动机运行状态，从电网吸收　系统，应用ＰＳＡＳＰ对含有大型风力发电场的电力系　有功功率。　降压运行装置：软并网装置只在风力发电机启动　统运行进行了动态仿真。该系统中，风电场通过节点　时运行，而降压运行装置始终运行，控制方法也比较　８接人系统，系统主接线如图ｌ所示。　复杂。该装置在风速低于风力发电机的启动风速时　系统中除风电场外其他发电厂总装机容量为　将风力发电机与电网切断，避免了风力发电机的电动　７０５０　Ｍｗ，系统最大负荷为６０９７ＭＷ。假设风电场额　运行状态。　定容量为３００ＭＷ，约占系统最大负荷的５　。　整流逆变装置：整流逆变是一种较好的并网方　２．２　电力系统分析综合程序（ＰＳＡＳＰ）简介　式，它可以对无功功率进行控制，有利于电力系统的　电力系统分析综合程序是一套具有高度集成性、　安全稳定运行，缺点是造价高。随着风电场规模的不　开放性和自主知识产权的大型软件包。ＰＳＡＳＰ与　断扩大和大功率电力电子设备价格的降低，将来这种　Ｅｘｃｅｌ、ＡｕｔｏＣＡＤ、ＭＡＴＬＡＢ等通用的软件包分析工　并网装置可能会得到广泛的应用。　具有方便的接口，可充分利用其他软件包的资源。该　风电场接人电力系统的方案主要由风电场的最　软件在我国高校研究人员和电力系统现场都有广泛　收稿日期：２００６－０１—０６　作者筒介：姚娟（１９７８一），女，河南新乡人，研究方向：电力系统自动化。　２２　维普资讯 http://www.cqvip.com 姚娟等：大型风力发电场并网对电力系统运行性能的影响分析　应用。　的调节控制装置，使输出有功功率增加，同时转速上　升。　风　力　发　电　机　输　出　功　垂　（ＫＷ）　图ｌ算例ＩＥＥＥ（Ｎｅｗ　Ｅｎｇｌａｎｄ）３９节点系统主接线图　图２阵风时风电场输出功率及电力系统电压频率变化　ＰＳＡＳＰ的功能主要有稳态分析、故障分析和机电　（ａ）风电场输出功率（ｂ）风电场接人系统节点８电压变化　暂态分析。稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优　（ｃ）阵风时系统中常规发电机３１的转速变化　潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析和静态等　（ｄ）阵风时系统中常规发电机３１的输出功率变化　值等。故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电　３）风电场输出功率短时间内从零升至额定功率　保护整定计算。机电暂态分析包括暂态稳定计算、电　对电力系统运行的影响。８节点在风电场输出功率短　时间内从零升至额定功率时，风电场的输出功率在短　节点电压　压稳定计算、控制参数优化等。　时间内迅速上升，向系统输入的有功功率要大于负　２．３仿真内容及结果　荷，导致风电场接入点的节点电压迅速上升，同时常　考虑在不同的风况以及运行方式下，风电场输出　规发电机的转速会上升，发电机的输出功率下降。　功率的变化对电力系统正常运行所造成的影响。本　４）风电场输出功率短时间内从额定功率降至零　文选取几种典型的运行方式进行分析：阵风情况下风　对电力系统运行的影响。节点８在风电场输出功率　电场正常运行，风电场由于故障与电网解列，风电场　短时间内从额定功率降至零时，风电场的输出功率在　输出功率短时间内从零升至额定功率，风电场输出功　５秒钟内，输出功率由３００ＭＷ降至０ＭＷ。注入系　率短时间内从额定功率降至零　］。　统的总功率要小于负荷，导致风电场接入点的节点电　１）阵风情况下风电场对电力系统运行的影响。利　压迅速下降，同时常规发电机的转速会下降，发电机　用ＰＳＡＳＰ对在阵风情况下的电力系统进行了动态仿　的输出功率增加［５］。　真，可得节点８风力发电机输出功率、节点电压、发电　●　，０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　机转速及常规发电机输出功率随时间的变化曲线如　３　结束语　图２所示。　由图２可知，在阵风情况下风电场的输出功率随　着风速急速地上升（或下降）而上升（或下降），电力系　分析得到大型并网风电场并网对电力系统正常运行　统的节点电压和频率也相应地快速上升（或下降）。　造成的影响主要是两方面：　在风电场输出功率急速变化的同时，电力系统中的常　１）电力系统中，系统节点电压和系统频率将会随　规发电机组的有功功率输出也随之快速变动，以补偿　着风电场输出功率的变化而波动，波动的幅度会随着　电力系统功率平衡。　风电场容量的增加而加剧。　２）风电场由于故障与电网解列对电力系统运行　２）风电场对系统运行造成的主要影响是风电场并　的影响。节点８在风电场与电网解列时风电场的输　网运行引起的系统频率波动。　（责任编辑　吕春红）　出功率降为零。电力系统突然失去一个电源，系统负　（下转第１０５页）　本文采用电力系统分析综合程序（ＰＳＡＳＰ），以　ＩＥＥＥ（ＮＥｗ　ＥＮＧＬＡＮＤ）３９节点系统为例，通过仿真　荷不变，风电场接人点的节点电压迅速下降，同时常　规发电厂的发电机转速也迅速下降，此时通过发电机　２３　维普资讯 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江洪等：普通高校体育俱乐部开展方式研究与对策　４结论与建议　复，而是其内涵的延续。　３）俱乐部中建立一定的激励和约束机制，对表现突　１）随着现代生活质量的提高和精神生活领域不断拓　出的会员给予一定的物质奖励，对于外出参加省、市体育　宽，大学生对体育的兴趣越来越浓，对趣味性较强的项目　比赛或在校参加校一级比赛取得好成绩、好名次的会员　表现出了浓厚的兴趣。因此必须完善和开发学生喜欢的　同时进行精神和物质双重奖励。充分调动全校大多数学　项目，切实发挥俱乐部的优势，把娱乐体育、生活体育、健　生参加体育锻炼的积极性，达到愉悦身心、增进健康的目　康体育、经济体育等内容有机地结合起来。网球、羽毛　的，提高大学生的体育素质。　球、这些项目一定要有合适的场地和配备教师来正确指　参考文献：　导锻炼方法。　（责任编辑　吕春红）　［１］铁石，刘亮．体育教师应树立“健康第一”的思想观念［Ｊ］＿武汉体育学　２）重视体育俱乐部的科学管理，将体育俱乐部的项　院学报．２００３，３７（５），１４８．　目纳入体育课计划。各项目教师要有一套切实可行的教　［２］吴秋林．华东高校课外体育活动的组织形式［Ｊ］．体育学刊，２００１，（４），　２９　学计划和方案。俱乐部各运动项目不是课堂内容的重　Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉ￣Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｃｌｕｂ＇ｓ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ　Ｗａｙ　ｉｎ　Ｏｒｄｉｎａｒｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ａｎｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　ＪＩＡＮＧ　Ｈｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ　（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｘｉｎｘｉａｎｇ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　４５３００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａ　；ｔＩ徼ｔ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｃｌｕｂ　ｉｓ　ａｌｌ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉａｃｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｉｖｅｒ－　ｓｉｔｉｅｓ．Ｒｅｆｏｒｍ　ｕｐｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｃｌｕｂ　ｃａｎ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｉ—　ｖｅｒｓｉｔｉｅｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｒａｉｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｅｎｔ＇ｓ　ｂｏｄｙ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｎ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｉｖｅｒｓｉ—　ｔｉｅｓ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ　ｗａｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｂｙ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ　ｗａｙ　ａｎｄ　ｌ＇ｎａｎ—　ａｇｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｉｎ　ｅｎｈａｎｄｎｇ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｂｏｄｙ　ｑｕａｌｉｔｙ；ｍｅａｎ—　ｗｈｉｌｅ，ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｆｏｒｍ　ｏｆ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｆｏｒｒｎ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ；ｐｈｙｓｉａｃｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｃｌｕｂ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｗａｙ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　（上接第２３页）　［２］王新学．电力网及电力系统［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９２　参考文献：　［３］张炜．电力系统分析［Ｍ］．北京：水利水电出版社，２００２．　［１］陈树勇，等．风电场的发电可靠性模型及其应用ｒＪ］．中国电机工程学　［４－１陈衍．电力系统稳态分析［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９５．　报，２０００，２０（３）．　［５３汤蕴蟛．电机学［Ｍ］＿北京：机械工业出版社，２００２．　Ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＹＡ０　Ｊｕａｎ．ｅｔ　ａＩ　（Ｍａｒｉａｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｉｒａｃｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　４５３００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　ｗａｓ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｇｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ，ｍａｎｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｗａｓ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ａｂｏｕｔ。ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈａｒｍｏｎｉｃ，ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ，ｖｏｌｔａｇｅ　ｖａｒｙｉｎｇ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ｔｈｅｓｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂ—　ｌｅｌｉｋ￣，ａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ａ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗＯｒｄＳ：ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ；ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ；ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　１０５