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风电接入对电网小干扰稳定性的影响

排列3 www.jeimw.cn 风电接入对电网小干扰稳定性的影响,本章主要研究双馈感应风电场大规模接入电网的小干扰稳定性。所选用的 仿真软件是德国 DIgSILENT 公司研发的 DIgSILENT/PowerFactory 软件,并在 软件上搭建 IEEE 新英格兰 10 台同步发电机 39 节点的标准仿真系统。首先研 究了用双馈感应风电机组替代参与因子绝对值最大的同步机对系统小干扰稳定 性的影响,建立了两种风电场接入电网的案例,一种是通过减小同步机出力来 平衡风电场发出的用功功率,另一种是通过在风电接入区域增加负荷来补偿风 机有功出力,并对四种风电渗透率下的系统进行特征值分析,得到不同振荡频 率时系统特征根的实部虚部以及阻尼比的值,通过对比分析仿真数据以及一些 初步的理论分析得出基于 IEEE 39 节点仿真系统的风电场大规模接入电网对小 干扰稳定性影响的一些初步的结论。

IEEE 新英格兰标准仿真系统的结构与参数 本章中搭建的风电场大规模接入电网的仿真系统由两部分组成:新英格兰 IEEE 39 节点标准系统以及双馈风电场模型。第 2 章已详细叙述过 DFIG 详细 的数学模型在此不再赘述,这里主要简介大型仿真系统在 DIgSILENT 中的搭建 过程,以及同步电机的数学模型,包含发电机自动电压调节器( AVR )、自动 调速器( GOV )及电力系统稳定器( PSS )。 IEEE 10 机 39 节点标准系统在电力系统稳定性的研究中很常见,但在包 含风电场的仿真中由于计算量过大一般采用小规模系统如单机无穷大系统或三 机九节点系统。IEEE39 节电系统的结构框图如下图3 1所示,系统中 10 台同 步机、两相交流变压器、输电线路及有功无功负荷的型号和数据参见文献 [50] 。 由于此 10 机系统规模较大,为了研究的方便,将此系统划分为 3 个区。如 图 3-1 所示,分别用蓝色、黑色和粉色折现圈划。总共接入 4 个风电场,由于 区域 1 比较大在其两端各接入一个风电场,其他两个区域各接入一个。每个风 电场由 150 台容量为 2 MW的 DFIG 组成,并设置其功率因数为 1。风电场总装 机容量为 1200MW,而系统总装机容量共计 6000MW。整个系统并入风电容量 为 1200MW,而系统的总负荷容量为 6000MW,风电穿透率大于总装机容量的 十分之一。

在 PowerFactory15.0 软件中,所有电气元件的参数的在新建时都需要输入 其有名值,例如变压器的额定容量、额定电压、原副边绕组的电阻电感、高压 低压侧额定电压、短路电压、铁损和铜损以及额定频率等,负荷类型及有功功 率无功功率等等。由于文献中所给标幺值转换为不同电压等级的有名值计算较 麻烦而且数据较大而且需要计算的量较繁杂,在开始使用该软件时遇到了较大 的困难。并且对于不同模式的仿真,例如短路计算、机电暂态仿真以及电磁暂 态仿真需要设置不同的参数值。对于负荷选择综合负荷模型,具体为 50%恒功 率,50%恒阻抗的模型,输电线路采用 π 型等效电路。 本文为了研究小干扰稳定性既要对整个系统进行特征值模态分析,又要结 合时域仿真与之互相验证。因此在对同步电机建模时,既要考虑其静态稳定控 制,又要表现出详细的动态过程,因此选用将 q E 、 d E 、 q E 、 d E 的动态变化考 虑到微分方程中的六阶发电机模型。对于发电机自动电压调节器( AVR ) 、自 动调速器 ( GOV ) 和电力系统稳定器 ( PSS ) 模型的详细参数,本章中应用中国 电科院提供的数据 [51] 。 图 3-2 为同步电机的数学模型的结构图。

对于节点类型的选择,不妨将 2 号发电机设为参考节点,其所在的母线节 点设置为平衡节点(Slack 节点),另外 9 台同步电机的母线节点均设为 PV 节 点,将风机所在的母线节点设为 PQ 节点。当搭建完仿真系统所有元件并完成 连线,再检查一遍参数设置无误时,先用对标准仿真系统进行潮流计算,这里 采用牛顿-拉夫逊迭代法,历经四次迭代后潮流成功收敛。

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