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由于日趋严重的环境与资源问题以及风能利用的成本低廉和技术成熟等原因,风力发电成为电力系统中相对增长最快的新能源发电技术,发展风电成为改善电力系统经济运行极为重要的措施。近几年,风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大,但风力的随机性和间歇性会对电力系统稳定运行产生一定的影响,因此深入研究风电场与电网的相互作用成为进一步开发风电所迫切需要解决的问题。
本论文以异步风力发电系统为研究对象,着眼于并网风电场与电网之间的相互影响,特别是对系统稳定性以及电能质量的影响进行了深入的分析与研究,所做的主要工作有:
(1)建立了风速、风电机组和风电场的数学模型。其中,风电机组的数学模型主要包括风轮机模型、传动机构模型和异步发电机模型。在研究过程中,详细推导了用于机电暂态分析的同步速坐标下的异步发电机三阶模型。风电场模型研究中,针对尾流效应的影响这一情况介绍了Jensen模型和 Lissaman风能分布模型,并结合大型风电场的特性提出了相应简化的等效风速模型和风电机组多机等值模型。
(2)基于上述模型,利用EMTP仿真软件对风电场?——无穷大系统进行了简单的仿真分析:主要包括风速扰动分析、机端无功功率补偿、风电场并网以及负荷扰动时的暂态分析。给出了风电场在五种不同风速情况下的响应特性曲线;分析了投切电容时产生的异常现象并验证了STATCOM在风电场机端无功补偿应用中的优越性;分析了并网冲击电流产生的原因并仿真比较了不同的并网方式。
(3)以新疆达坂城风电场为例,结合上述模型,经过等值处理后对其稳态潮流分布、风电场与系统解列以及风电场出口联络线发生故障情况时的动态特性进行了仿真研究,结果表明风电场出力大小的变化将影响各节点电压,且越靠近风电场的节点电压变化越显著;在足够无功补偿情况下,风电场出口联络线故障将不会对整个系统造成严重影响等,总体而言,在2005水平年上该风电场对整体电网没有严重影响。