分散式风电场对配网电压稳定性影响的研究

发布时间：2016-04-28 11:54

第 1 章 绪论

1.1 分散式风电的发展
随着全球经济发展引发的能源危机以及气候变暖和环境污染问题,开发绿色环保的可再生能源成为世界各国的持续发展的重大战略。科技的进步促使风电设备的成本不断降低,机组单机容量不断增加,风电机组的工艺水平和控制技术得到了不断的改善。在此背景下,我国风电装机容量迅速增加,大型风电场并网等级不断提高,大型风电基地并入超高压输电网成为风电的主流并网形式,风电大规模发展为推动国家清洁能源战略和节能减排战略发挥了积极的作用。2001～2013年中国新增及累计风电装机容量如图 1.1 所示[2]。随着我国风电装机规模的扩大,特别是局部地区风电渗透率的增大,大规模集中式风电开发所带来的风电送出和电网安全等问题日益严重,局部地区风电弃电问题日益凸显。2013年我国“弃风”电量达到16.2TWh ,全国各省份2013年的风电弃电比例如图 1.2 所示[3]。从图 1.2 可以看出,我国的内蒙、甘肃和河北以及东北等风电装机规模比较发达的地区,“弃风限电”现象很严重,这种状况不仅影响风电开发商的投资收益,而且影响我国的风电开发进度。在风电送出问题与并网问题的限制下,我国风电新增装机速度和大风电基地开发建设速度有所放缓。在此背景下,经济发达而并网条件好的低风区风能资源的开发利用越来越受到关注,国内许多风电机组研发设计企业已研制出适应低风区风电开发的低风速小型化风电机组,使得年平均风速处于6m/s以下地区的风资源开发具备了较好的可开发潜力。因此因地制宜地在风能资源不很理想但靠近用电负荷的地区开发地理位置比较分散的低风速风电场将大有作为,将风电就近接入附近配电网的分散式风电场(dispersed wind farm,DWF)已成为我国当前风电并网的新方式。
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1.2 发展分散式风电的意义
分散式风电项目的开发不仅解决了风电消纳问题,而且使得风电的开发模式和并网方式更加灵活,项目开发可以充分利用地区电网现有的设备和输配电网络,加快项目并网速度与电网设备的利用效率,同时为当地配网提供一定的电源支撑。分散式风电相比规模化集中开发,虽然单位容量的开发成本相对较大,但是分散式风电选址灵活,投资较小,且开发建设以及并网发电速度快,能够很快投入使用,从而使得投资很快得到回报。分散式项目建成后可以有效解决风电的消纳问题,解决集中规模化风电的弃风限电问题,减少风电大规模输电中的网络损耗以及输电走廊的压力,减少电网建设的成本。综合考虑,分散式风电的效益还是比较客观,值得开发。偏边远地区由于远离大电网,所以其与大电网的连接相对薄弱,因此我国农村等偏远山区的电能质量比较差,而且电力需求得不到有效的供应,常出现停电限电的现象。分散式风电接入偏远山区的配电网,不紧有利于提高当地的电压,而且可以使得当地的风资源得到有效的利用,带动地方经济发展。
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第 2 章 基于双馈机组的分散式风力发电技术

2.1 引言
分散式风电一般位于用户附近,就近接入配电网,一个项目的装机容量一般小于30MW,单个分散点的装机容量一般小于 6MW,因此分散式风电一般多点接入配电网。由于分散式风电选址考虑用电负荷、配电线路等因素的影响,所以其对风资源要求有所降低,因此分散式风电中风电机组单机容量相对较小,以便分散式风电的灵活接入。目前,具有良好有功无功解耦控制特性的双馈感应风力发电机组(DFIG)已成为当前风电的主流机型,因此本文以双馈机组为基础研究分散式风电接入配电网时的机组无功特性。
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2.2 双馈风电机组模型
双馈风电机组的发电机由三相定子绕组和三相转子绕组组成,定子绕组直接与电网相连,转子侧则通过背靠背整流逆变电路与电网连接,根据风速的不同,可将其分为次同步、同步和超同步三种运行状态[38],其结构如图 2.1。双馈风电机组由背靠背变流器为发电机转子绕组提供励磁电流,从而建立用于励磁的旋转磁场。通过对变流器的电流进行解耦从而控制流入三相转子绕组的电流,从而对发电机发出的有功功率、无功功率进行独立的控制。当风速为额定风速时,其处于同步运行状态;当风速超过额定风速与低于额定风速时其分别运行于超同步和亚同步运行状态,处于超同步运行状态的双馈机组转子向电网馈入有功功率,而处于亚同步运行状态的双馈机组变流器则从电网吸收有功功率,同步运行状态时则即不从电网吸收有功,也不向电网馈入有功。双馈机组的变流器可实现良好的有功无功解耦控制,因此可为电网提供一定的无功支持。
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第 3 章 分散式风电接入配电网的电压稳定性分析..........13
3.1 配电网的电压稳定性 ............ 13
3.1.1 配电网的电压稳定性指标...... 13
3.1.2 静态电压裕度变化量指标...... 16
3.2 分散式风电接入配电网的理论分析 ...... 16
3.2.1 配网未接入分散式风电.......... 17
3.2.2 分散式风电单点接入配电网........... 18
3.2.3 分散式风电多点接入配电网........... 20
3.3 分散式风电接入对配网稳态电压稳定性影响分析 ......... 21
3.4 分散式风电对配电网暂态电压的影响........... 24
3.5 本章小结...... 27
第 4 章 基于接入点电压稳定的分散式风电无功电压协调控制........ 29
4.1 引言.... 29
4.2 分散式风电无功电压协调控制策略...... 29
4.2.1 策略概述 ...... 29
4.2.2 基于遗传算法的电容器组控制策略 ....... 31
4.3 分散式风电场并网仿真分析......... 33
4.4 本章小结..... 36
第 5 章 结论与展望........ 37
5.1 总结.... 37
5.2 展望.... 37

第 4 章 基于接入点电压稳定的分散式风电无功电压协调控制

4.1 引言

大型风电场在接入电网时,为了使其接入电网时满足电网的并网规范,一般要在集中升压站的低压侧母线上安装一定容量的无功补偿设备。分散式风电由于多点接入配电网,无集中升压站,各个分散点装机容量较小且位置分散,装设大型集中的动态无功补偿装置不仅增加了分散式风电的成本,而且无法兼顾各个接入点的电压要求。因此在以 DFIG 为主的分散式风电场,可以在各个分散点的 POI 装设一定容量的可投切并联电容器组,同时利用各分散点内双馈机组自身的动态无功调控能力对分散式风电各 POI 的无功电压控制。利用分散式风电场的集中控制中心综合控制分散式风电场中各 POI 上的并联无功补偿装置与风电机组的无功出力,实现整个分散式风电场中各个分散点上并联无功补偿设备与风电机组的无功协调控制,以保证各 POI 的电压质量符合配电网的要求。鉴于分散式风电场风电功率预测系统可以对整个分散式风电场和每个接入点 0～72h 短期风电功率以及 0～ 4 h超短期风电功率进行预测。因此本文可根据分散式风电分散接入配网的特点,以各分散点的接入点电压偏差最小为目标,根据配网负荷预测与风电功率预测数据,在保留风电机组无功裕度的基础上对各接入点的可投切电容进行优化配置。然后通过各接入点上风电机组自身无功控制各自 POI 点电压稳定。本文基于配网模型、分散式风功率预测和配网负荷预测,运用遗传算法对并联电容电抗的状态进行预先设定,并通过 PSASP 搭建整个分散式风电接入配网系统的仿真模型。

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结论

分散式风电接入配网,给配网的安全稳定带来挑战。本文通过对分散式风电场各POI 上装设的静态无功设备进行预先的投切控制,协调各分散点内机组无功实时控制各接入点电压,通过对分散式风电对配电网电压影响的仿真分析,研究多接入点分散式风电场在风速波动和不同工况下风电接入点电压的波动情况,得到的主要结论如下:
(1)分散式风电场接入点位于配电网的末端时,风电接入对配网的影响较大。当接入点上风电场风电增加到一定容量时,会导致接入点电压升高,降低其静态电压稳定性。
(2)当接入点处于配电网的中心位置时,风电接入对其接入点电压影响较小,因此单个接入点的接入容量相对较大。风电出力波动对其接入点的影响较小。
(3)分散式风电多点接入配网,通过对并联电容电抗与分散式风电场在多时间尺度协调控制可增加配网接入风电的容量,同时能为配网提供电压支撑,均衡各接入点的无功裕度,增强整个配网系统中分散式风电各接入点的综合电压稳定性。
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参考文献(略)

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本文编号：37762