大规模风电对电力系统的影响和应对策略

综述了大规模风电接入电网对电力系统带来的影响。阐述了当前风力发电的特点和与风电相关的无功电压问题、暂态稳定性问题、频率问题、电能质量问题。针对不同问题总结了可行的解决方法和研究热点。论述了风力发电2个重要的研究方向:风电场综合控制技术和风电功率预测技术。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

风力发电引起的电压波动和闪变

并网风电机组在持续运行和切换操作过程中都会产生电压波动和闪变，对当地电网的电能质量有不良影响。从并网风电机组输出的功率波动出发，分析了风力发电引起电压波动和闪变的主要原因。介绍了关于并网风电机组电能质量的国际电工标准IEC 61400-21，给出了风电机组在持续运行与切换操作期间引起的闪变值和相对电压变动的计算公式。然后综述了有关风力发电引起的电压波动和闪变的计算方法和影响因素等方面的研究成果，最后展望了未来的研究方向和研究重点。     

用STATCOM提高风电场暂态电压稳定性

研究了用STATCOM改善基于定转速风电机组和基于转子电阻可调的绕线式发电机风电场的暂态电压稳定性.分析了异步电机电压暂态稳定性的机理.在DIgSILENT/PowerFactory中建立了定转速风电机组及转子电阻可调风电机组的模型和静止同步补偿器(STATCOM)控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真验证了STATCOM对基于定转速风电机组和带有可变转子电阻控制的风电机组风电场暂态电压稳定性的贡献.仿真结果表明,STATCOM能够有效地帮助风电场在电网发生故障后恢复电压,提高了风电场的故障穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定.     

异步风电机组接入系统的小干扰稳定及控制

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立基于普通异步发电机的风电机组（异步风电机组）和电力系统模型，分析异步风电机组对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响。提出了一种改进的桨距角控制方案———将系统频率偏差信号引入桨距角控制系统。在系统发生低频振荡时，通过调节桨距角控制异步风电机组输出功率，使风电场输出功率与系统功率振荡的频率相关。对系统进行特征值分析和故障时域仿真，2种分析结果都表明，改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼，对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用，加强了系统动态稳定性。     

国内外风电并网标准比较研究

我国的风电并网国家标准GB/T 19963—2011《风电场接入电力系统技术规定》于2011年12月发布,并于2012年6月1日起开始实施。从我国风电发展现状及大规模风电并网带来的技术问题出发,阐述了风电并网国家标准制定的必要性,对其中重要的技术条款进行了深度解释,并与其他风电装机较多国家的风电并网标准进行了对比研究。我国风电并网国家标准的制定与实施,将有助于提高我国风力发电的技术水平,并确保包含大规模风电在内的电力系统安全稳定运行。     

风电场功率预测物理方法研究

对风电场输出功率进行预测是增加风电接入容量、提高电力系统运行安全性与经济性的有效手段,风电场功率预测的物理方法不受历史数据的限制,可用于新建风电场的功率预测。对基于物理原理的风电场功率预测方法进行研究,提出了适用于工程应用的预测方法,该方法采用解析原理分析风电场局地效应与风电机组尾流影响,具有鲁棒性强、计算时间短等特点。通过与某风电场实测功率比较,表明预测方法可以实现对风电场各种典型出力方式的预测,整体预测与逐点预测的准确性满足功率预测的工程应用要求。受数值天气预报(numerical weather prediction,NWP)计算网格分辨率与模式的影响,预测方法对风电场输出功率快速变化的预测能力相对较差,提高NWP数据的准确性是改善预测结果的有效手段。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

基于PSCAD/EMTDC的双馈式变速恒频风电机组动态模型仿真

以电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC为平台,应用电机矢量控制原理与比例-积分调节器串联校正等方法建立基于双馈感应发电机的变速风电机组控制系统模型,并将该模型与PSCAD/EMTDC模型库中的已有模型相结合,形成基于双馈感应发电机的变速风电机组动态模型。依据变速风电机组的运行特性对该模型进行校验并验证其有效性,该模型为研究基于双馈感应发电机的变速风电机组的工作特性提供了新的手段。