大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响_张师

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ

．ｉｓｓｎ．１００７－２９０Ｘ．２０１４．１２．００４收稿日期：２０１４－０５－２０　修回日期：２０１４－１０－１４基金项目：国家９７３计划项目（２０

１３ＣＢ２２８２０１）大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

张师１，于昊２，张梦雅１，周毅博１，王子权３，王淞平４，伏祥运５

（１．

东北电力大学，吉林吉林１３２０１２；２．国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林长春１３２０２１；３．国网四川省电力公司成都供电公司，四川成都６１００００；４．广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山５２８４００；５．国网江苏省电力公司连云港供电公司，江苏连云港２２２０００

）摘要：以西北电网酒泉风电系统为算例，分析了不同风电机组类型、不同风电容量、不同并网位置对电力系统小干扰稳定性的影响。仿真结果表明：相比于恒速风力机模型和直驱式同步发电机模型，风电场采用双馈异步发电机模型并网对系统小干扰稳定性的影响较好；随着双馈并网有功出力的增加，系统小干扰稳定性减弱；选择合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。

关键词：风电机组；双馈异步发电机；小干扰稳定性；阻尼中图分类号：ＴＭ６１４；ＴＭ７１２

文献标志码：Ａ

文章编号：１００７－２９０Ｘ（２０１４）１２－００１５－

０４Ａｆｆｅｃｔ　ｏｎ　Ｓｍａｌｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　

Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　Ｗｉｎｄ　ＰｏｗｅｒＧｒｉｄ－

ｃｏｎｎｅｃｔｅｄＺＨＡＮＧ　Ｓｈｉ　１，ＹＵ　Ｈａｏ２，ＺＨＡＮＧ　Ｍｅｎｇｙａ１，ＺＨＯＵ　Ｙｉｂｏ１，ＷＡＮＧ　Ｚｉｑｕａｎ３，ＷＡＮＧ　Ｓｏｎｇｐｉｎｇ４，ＦＵ　Ｘｉａｎｇｙ

ｕｎ５

（１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｄｉａｎｌｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ，Ｊｉｌｉｎ１３２０１２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　

ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｊｉｌｉｎ　Ｅｌｅｃ－ｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ１３２０２１，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｓｉｃｈｕａｎ　ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００００，Ｃｈｉｎａ；４．Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５２８４００，Ｃｈｉｎａ；５．Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＰｏｗｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ，Ｊｉａｎｇ

ｓｕ　２２２０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　

Ｊｉｕｑｕａｎ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｓｍａｌｌ　ｉｎ－ｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｐｏｓｉ－ｔｉｏｎｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｓｐｅｅｄ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｄｉｒｅｃｔ　ｄｒｉｖｅ　ｓｙ

ｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｇｅｎｅｒ－ａｔｏｒ　ｍｏｄｅｌ，ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｓｍａｌｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ＤＦＩＧ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗａｓ　ｂｅｔｔｅｒ．Ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ＤＦＩＧ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，ｓｍａｌｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　

ｗａｓ　ｗｅａｋｅｎｉｎｇ．Ｉｔ　ｗａｓ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｆｏｒｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　

ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｄｏｕｂｌｙ　

ｆｅｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｓｍａｌｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｄａｍｐｉｎｇ 在中华人民共和国国民经济和社会发展第十二

个五年（２０１１—２０１５年）规划纲要中，中国风力发电（以下简称“风电”）装机容量在２０１５年达到１００ＧＷ，２０２０年超过２００　

ＧＷ。随着风电并网容量的增加，风电必然对系统的稳定性产生一定的影

响［１–２］

。文献［３

］将电力系统稳定性分为电压稳定、频率稳定和功角稳定，其中功角稳定又分为小信号稳定和暂态稳定。文献［４–６］针对双馈风电机组对系统小干扰稳定的影响作了一些分析。文献［７］分析了不同风电机组类型对系统阻尼特性的影响。在此基础上，本文将对不同风电机组类型、风电配比、风电场位置对系统小干扰稳定性的影响展开分析。

１　风电机组模型

本文采用的风电机组模型主要分为３种：恒速

　第２７卷第１２期广东电力

Ｖｏｌ．２７　

Ｎｏ．１２ ２０１４年１２月ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　Ｄｅｃ．２０１４　

风力机（ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｓｐｅｅｄ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ，ＣＳＷＴ）模型、双馈异步发电机（ｄｏｕｂｌｙ　ｆｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｒａ－ｔｏｒ，ＤＦＩＧ）模型、直驱式同步发电机（ｄｉｒｅｃｔ　

ｄｒｉｖｅｓｙ

ｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＤＳＧ）模型［８］

。文献［９］对这三种类型的风电机组模型进行了详细的说明。１．

１　ＣＳＷＴＣＳＷＴ利用鼠笼式异步发电机直接并网，风

速的波动直接转换成功率的波动，从而引起电压的波动，且发出功率的同时从电网吸收无功功率，对

电网电压影响较大［

１０］

，因此在发电机出口加电容器进行无功补偿缓解电压波动。ＣＳＷＴ的数学模型主要由原动机模型、轴系模型和发电机模型组成。

１．

１．１　原动机模型假设桨距角是恒定的，则风轮获取的机械功率

Ｐｗ＝ρ２

Ｃｐ（λ）Ａｒｖ３

ｗ．

式中：ρ为空气密度，Ａｒ为扫风面积，ｖｗ为风速，Ｃｐ为风能利用因数，λ为叶尖速比。１．

１．２　轴系模型由于风电机组的轴系刚度比传统火力发电机组低３０～１００倍，因此轴系部分用双质块模型来模拟。轴系模型的数学表达式为：

ωｔ＝

Ｔｔ－Ｋｓγ２　

Ｈｔ，

ωｍ＝

Ｋｓγ－Ｔｅ２　

Ｈｍ，γ＝２πｆ（

ωｔ－ωｍ）．式中：ｆ为电网额定频率，γ为转轴角度偏移量，

ωｔ为风轮转子转速，ωｍ为发电机转子转速，Ｈｔ为风轮转子的惯性时间常数，Ｈｍ为发电机转子的惯性时间常数，Ｋｓ为系刚度。１．

１．３　发电机模型ＣＳＷＴ模型的发电机采用鼠笼式异步发电机，其数学模型如下：

ｅ′ｄ－ｕｄ＝ＲｓｉｄＸ′ｉｄ＝２πｆ（１－ωｍ）ｅ′ｑ

－ｅ′ｄ－（Ｘ０－Ｘ′）ｉｑ

Ｔ′０

，ｅ′ｑ－ｕｑ＝ＲｓｉｑＸ′ｉｑ＝

２πｆ（１－ωｍ）ｅ′ｄ－ｅ′ｑ

－（Ｘ０－Ｘ′）ｉｄＴ′０

；Ｔｅ＝ｅ′ｄｉｄ＋ｅ′ｑｉｑ

，Ｔｔ＝Ｐｗ／ωｔ；

Ｐ＝ｕｄｉｄ＋ｕｑｉｑ

，Ｑ＝ｕｑｉｄ＋ｕｄｉｑ＋Ｂｃ（ｕ２ｄ＋ｕ２

ｑ）．

式中：Ｘ′为暂态电抗，Ｘ０为定子电抗与励磁电抗之和，Ｒｓ为定子电阻，ｅ′ｄ、ｅ′ｑ分别为暂态电势的

ｄ、ｑ轴分量，ｉｄ、ｉｑ分别为发电机电流的ｄ、ｑ轴分量，ｕｄ、ｕｑ分别为发电机电压的ｄ、ｑ轴分

量，Ｔｅ、Ｔｔ分别为电磁转矩和机械转矩，Ｂｃ为发电机出口电容器补偿的电纳值，Ｔ′０为暂态开路时间常数，Ｐ为发电机发出的功率，Ｑ为发电机吸收的无功功率。１．

２　ＤＦＩＧＤＦＩＧ模型是通过发电机定子和有电流控制环节的换流器与电网相联的，其主要由原动机模型、轴系模型、发电机模型和控制模型组成。由于双馈发电机可以控制电磁转矩，因此可以忽略轴系变形的影响，轴系模型采用单质块模型。发电机部分采用绕线式异步发电机，因此是五阶机电暂态模型。控制模型包括转速控制、桨距角控制和电压控制。１．

２．１　原动机模型ＤＦ

ＩＧ的数学模型为Ｐｗ＝ρ２

Ｃｐ（λ，θｐ）Ａ

ｒｖ３

ｗ，式中θｐ为原动机的桨距角。通过调节桨距角θｐ

，可以实现转子转速调节和最有风功率捕获。

１．

２．２　发电机模型ＤＦ

ＩＧ的发电机采用绕线式异步发电机，因此不能忽略转子侧电压。其数学模型如下：ｕｄｓ＝－Ｒｓｉｄｓ＋［（Ｘｓ＋Ｘｍ）ｉｑｓ＋Ｘｍｉｑ

ｒ］， ｕｑｓ＝－Ｒｓｉｑ

ｓ＋［（Ｘｓ＋Ｘｍ）ｉｄｓ＋Ｘｍｉｄｒ］；ｕｄｒ＝－Ｒｒｉｄｒ＋（１－ωｍ）［（Ｘｒ＋Ｘｍ）ｉｑｒ＋Ｘｍｉｑｓ］，ｕｑｒ＝－Ｒｓｉｑ

ｒ＋（１－ωｍ）［（Ｘｒ＋Ｘｍ）ｉｄｒ＋Ｘｍｉｄｓ］；Ｐ＝ｕｄｓｉｄｓ＋ｕｑｓｉｑｓ＋ｕｄｃｉｄｃ＋ｕｑｃｉｑ

ｃ，Ｑ＝ｕｑｓｉｄｓ－ｕｄｓｉｑｓ＋ｕｑｃｉｄｃ－ｕｄｃｉｑ

ｃ；Ｔｅ＝Ｘｍ（ｉｑｒｉｄｓ－ｉｄｒｉｑ

ｓ）≈Ｘｍｕｉｑ

ｒωｂ（Ｘｓ＋Ｘｍ）

，Ｔｍ＝Ｐｗ／ωｍ．

式中：ｕｄｓ、ｕｑｓ分别为定子侧电压的ｄ、ｑ轴分量，ｕｄｒ、ｕｑｒ分别为转子侧电压的ｄ、ｑ轴分量，

ｉｄｓ、ｉｑｓ分别为定子侧电流的ｄ、ｑ轴分量，ｉｄｒ、ｉｑｒ分别为转子侧电流的ｄ、ｑ轴分量，Ｘｓ、Ｘｒ、Ｘｍ分别为定子电抗、转子电抗、激磁电抗，ωｂ为电网角频率，ｕ为发电机端电压，Ｔｍ为机械转矩。１．

３　ＤＤＳＧＤＤＳＧ模型通过换流器与电网相联，注入电

６

１广东电力第２７卷　

网侧的功率和无功功率仅取决于电网侧的变频电流。控制部分与ＤＦＩＧ模型相似。２　小干扰分析

电力系统可以用一组非线性微分方程和一组非线性代数方程来表示：

ｄｘｋｄｔ＝ｆｋ（ｘ１，ｘ２，

…，ｘｎ），ｋ＝１，２，…，ｍ；０＝ｇｋ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ），ｋ＝ｍ＋１，ｍ＋２，…，ｎ烅

烄烆

．式中：ｘｋ为系统的第ｋ个变量，ｔ为时间。

根据Ｌｙａｐｏｎｏｖ线性化理论，可以用线性化系统的稳定性来研究实际非线性电力系统的稳定性。在运行点ｘ０附近进行线性化处理，可以表示为初始值ｘｋ０与微增量Δｘｋ之和，即

ｘｋ＝ｘｋ０＋Δｘｋ． 在ｘ０附近展开成泰勒级数并消去非状态变量和微增量的高次项，系统方程可以表示为

Δ

Ｘ＝ＡΔＸ．式中Ａ为ｎ×ｎ维系数矩阵，也称状态矩阵，它的

特征值决定了系统的小干扰稳定性［

１１］

。３　算例分析

算例以西北电网酒泉风电系统（如图１所示）作参考。仿真工具采用矩阵实验室（Ｍａｔｒｉｘ　Ｌａｂｏｒａ－ｔｏｒｙ

，ＭＡＴＬＡＢ）的电力系统分析工具箱ＰＳＡＴ－ＭＡＴＬＡＢ，系统基准容量为１００　

ＭＶＡ。图１　酒泉风电系统

３．１　不同风电机组类型对系统小干扰稳定性的影响

在图１中，两风电场的额定功率分别为６００ＭＶＡ和５１０　ＭＶＡ，有功出力分别为３８０　

ＭＷ和３２０　

ＭＷ；两火力发电厂的额定功率分别为２．０００ＧＶＡ和１．２００　ＧＶＡ，有功出力分别为１．３００　ＧＷ和０．７４４　ＧＷ。同步机模型为２阶模型，原系统中风电机组为ＤＦ

ＩＧ类型。设计算例如下：算例Ａ，风电场均采用ＣＳＷＴ类型的风电机组；算例Ｂ，风电场均采用ＤＦＩＧ类型的风电机组；算例Ｃ，风电场均采用ＤＤＳＧ类型的风电机组。

图２为不同算例下的特征根分布。由图２可以看出：算例Ａ的主导振荡模式对应的特征根实部为－０．１５，阻尼比约０．０１４　３；算例Ｂ的主导振荡模式对应的特征根实部为－０．１５，阻尼比为０．０１４５；由于新增了同步风电机组，因此算例Ｃ的主导振荡模式发生了变化，其主导振荡模式对应的特征根实部为－０．０３８　８３，阻尼比为０．００８　

４。图２　不同算例的系统特征根分布

通过分析可知，异步风机并网后不会改变系统的主导振荡模式，只会改变系统的阻尼比。通过３个算例分析可知，当ＤＦＩＧ类型风电机组并网时，系统的主导振荡模式的阻尼比最高。

３．

２　不同容量对系统小干扰稳定性的影响设计算例如下：Ｃｈａｎｇｍａｘ风电场的出力为３８０ＭＷ，改变Ｙｕｍｚｆｄ风电场的出力，由１２０　ＭＷ→２２０　ＭＷ→３２０　ＭＷ→４２０　ＭＷ→５１０　ＭＷ，观察系统主导振荡模式的阻尼比。仿真结果如图３所示。由图３可得：随着Ｙｕ

ｍｚｆｄ风电场出力的增加，系统主导振荡模式的实部越来越靠近虚轴，系统阻尼比降低。

图３　ＤＦＩＧ模型不同出力下的阻尼比

７

１　第１２期张师，等：大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

３．３　风电场位置对系统小干扰稳定性的影响在原有系统下，将Ｃｈａｎｇｍａｘ风电场至玉门变电站的距离变为原来的一半，系统特征根分布如图４所示。系统主导振荡模式特征根的实部变为０．１５０　０１，与之前相比远离了虚轴，此时阻尼比约０．０１４　５。

图４　改变风电场位置后系统的特征根分布

４　结论

本文以西北电网酒泉风电系统为算例，分析了大规模风电并网对系统小干扰稳定性的影响。计算结果表明：

ａ）相比于ＣＳＷＴ和ＤＤＳＧ，风电场采用ＤＦＩＧ并网对系统小干扰稳定性的影响较小。

ｂ）随着风电场出力的增加，系统主导振荡模式的阻尼比降低。

ｃ）风电场的位置也会对区域间振荡造成影响，合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。

参考文献：

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ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎｙａｎ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｉｑｉｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄＰｏｗｅｒ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　Ｗｉｔｈ　Ｗｉｎｄ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｇｅｎｅｒａ－ｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，３３（１７）：１３０－１３４．

［１１］ＫＵＮＤＵＲ　Ｐ．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ　Ｉｎｃ，１９９４．

作者简介：

张师（１９８９），男，吉林省吉林市人。在读硕士研究生，研究方向为电力系统动态安全分析。

于昊（１９９０），男，吉林松原人。助理工程师，工学学士，研究方向为电力系统分析。

张梦雅（１９９０），女，河南漯河人。在读硕士研究生，研究方向为电力系统动态安全分析。

（编辑李丽娟）

８

１广东电力第２７卷

风力发电中的电能质量问题分析 朱国朋

风力发电中的电能质量问题分析朱国朋 摘要：风能是一种清洁的、有可靠成本效益的发电资源,具有很高的环境效益和 社会效益。全球市场对于风力发电这样的具有很高环保效益和社会效益的技术有 着巨大且持续增长的需求。随着风电技术发展,我国风电装机容量不断上升,风力 发电将逐步成为电力系统重要的电力来源。但受自然、技术等因素影响,风力发电 引起的电压波动、闪变和谐波等电能质量问题阻碍了其发展。因此,如何控制好风 力发电中的电能质量就显得十分重要。 关键词：风力发电；电能质量；问题；措施 风力发电规模迅速扩大, 风电场并网是电力系统发展趋势。但风力发电过程中产生的电力谐波、电压波动及闪变等问题, 严重影响着风力发电的效率。只有这 些问题得到有效解决, 才能发挥风力发电效能, 使整个发电系统稳定运行。 1风力发电并网技术 企业要开展风力发电，必须选择适合企业相关情况的风力发电技术，这直接 影响到企业后的电能质量。合适的电网技术系统会影响风力发电机组的发电相位、发电机的电压频率和发电机输出峰值等相关数据。发电机组容量的提高对风力发 电技术的最直接影响是并网过程中产生的冲击。并网过程中产生的冲击会降低发 电机组的峰值发电量，损坏发电机组的物理部件，会对发电机的电机造成摩擦损坏，容易损坏支撑塔。由于发电机组的发电系统与各发电机组的电网相连，并网 的影响也会影响同一电网下的相关机组，破坏系统的稳定性，使发电机分离。因此，适合企业的并网技术对企业有着重要的影响。 同步风力机具有效率高、体积小、结构紧凑、成本低、可靠性高、维护量小 等特点。同步发电机的无功功率和有功功率同时输出。发电机转速稳定，负荷特 性强，周期波稳定，发电机电能质量高。同步风力发电机广泛应用于风力发电， 几乎所有的企业。均采用同步风电机组并网技术。但同步风力发电机组并不是所 有的优点。在实际发电过程中，同步风力机对风力的控制较弱，不能形成稳定的 电机运行。转子转矩的波动不能控制在一定的参数范围内。当每个发电机连接到 电网时，发电机需要。发电机的频率应与系统频率和发电机出口功率相同。电压 与系统电压相同，最大误差应小于5%，发电机相序与系统相序相同，但同步发 电机往往达不到上述精度标准，会出现一些系统误差。并网时，要求运行人员调 整发电机组，实现控制发电机组与系统的连接。然而，如果在这个过程中出现错误，由于负载突然变化时转子的惯性，旋转角度不能立即稳定在新的值上，并且 在新的稳定值周围有几个摆动。这是同步风力发电机组容易出现的问题，但这些 问题可以通过技术来解决。 与同步风机相比，与同步风机具有相同标准的异步风机在风机调速精度要求 上明显优于同步风机，在发电机运行时，设备运行不同步或不连续。关于设备和 速度要求。异步风力机控制力小，运行不复杂。由异步风力机组成的风力机只需 调整一个重要参数即可实现发电控制。经简单控制，异步风力发电机组并网后运 行平稳，无失步和振荡现象。异步风机的优点是运行稳定，稳定性好，几乎没有 问题。然而，异步风力发电机组仍有不足之处。当工作人员进行机组并网运行时，如果操作不当，会对电网产生较大的电流冲击，降低电网电压，降低系统运行的 不平衡度，降低稳定性。与可以产生无功功率的同步风力机不同，异步风力机需 要手动补偿。当系统频率增大到峰值时，机组的同步速度也会加快。电动机旋转 状态的变化将影响电能的产生，系统频率的降低和电网负荷的增加将影响电网的

励磁控制与电力系统的小干扰稳定性-中国励磁专业网

励磁控制与电力系统的小干扰稳定性 中国电力科学研究院朱方 2006年7月 1. 励磁控制系统的任务 励磁控制系统最基本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压为给定值。 我国国家标准规定，自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1%。这就要求励磁控制系统的开环增益（稳态增益）不小于100p.u（对水轮发电机），或200p.u（对汽轮发电机）。 主要原因有3个： 第一，保证电力系统运行设备的安全。 发电机运行规程规定大型同步发电机运行电压正常变化范围为 5%，最高电压不得高于额定值的110%。 第二，保证发电机运行的经济性。 规程规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的90%，当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行，其他电力设备也有这个问题。 第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。 励磁控制系统的重要任务 1）励磁控制系统的重要任务是提高电力系统的稳定性。 2）电力系统稳定可分为功角（机电）稳定、电压稳定和频率稳定等。3）功角稳定包括静态稳定、动态稳定和暂态稳定。 4）励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且也是改善电力系统稳定的措施中，最为简单、经济而有效的措施。 同步发电机励磁控制系统对提高静稳定的作用

设Ut =1.0,Us =1.0,发电机并网后运行人员不再手动去调整励磁,则无电压调节器时的静稳极限、有能维持E ’恒定的调压器时的极限、有能维持发电机端电压恒定的调压器时的静稳极限分别为：0.4、1.0和1.43。 维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，是兼容的。当励磁控制系统能够维持发电机电压为恒定值时,不论是快速励磁系统,还是常规励磁系统,静态稳定极限都可以达到线路极限。 以某省电网外送断面为例，计算励磁控制对静态稳定的影响。 该省发电机原采用Eq ’恒定模型计算，后进行了励磁模型的参数实测，对励磁性能不达标的机组进行整改，全面提高了励磁控制的技术性能。该省电网外送电力的主要通道共三回500kV 线路。发电机采用Eq ’恒定和Eq ”、Ed ”变化（使用实测励磁模型参数）两种模型，外送断面的静稳极限如下。 恒定的静稳极限增加418 MW ，提高了12.1％ 。 同步发电机励磁控制系统对提高暂态稳定的作用 1、提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定。 Eq d s q X U E Pe δsin ∑ ?=' ' sin 'E d s X U E Pe δ∑?=t U s t X U U Pe δsin ∑ ?=?????++=+++=+++=∑∑L T T e L T T d d L T T d d X X X X X X X X X X X X X X 2121''21

风力发电的并网技术标准分析

风力发电的并网技术标准分析 摘要：主要比较了国内外常用风力发电的并网技术标准，分别从并网方式，电 能质量的电压偏差、频率、谐波等指标，保护与控制以及风电场低电压穿越等方 面进行了详细的分析。指出了国内现有标准存在的不足，在并网技术标准的制定 过程中，应综合考虑并网容量以及接入电网的电压等级等因素。 关键词：智能电网；风电；并网技术；标准 1、前言 风力发电、光伏以及燃料电池发电等分布式可再生能源由于其本身的不稳定性，给传统配电网的电压、电能质量、继电保护等方面带来了诸多不利影响。新 能源发电并网标准是推进新能源与智能电网发展的技术基础和先决条件。本文对 现有风力发电并网技术标准分别进行了比较，指出了风力发电并网标准中应该重 点考虑的问题。 2、风力发电概述 风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力 发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过发电机将旋转的动能，来促 使发电机发电。依据目前的风电技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需 要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 3、风力发电并网技术标准探析 许多国家和地区都针对自己的实际情况制定了风力发电系统并网技术标准， 如美国的IEEE，NEC，UL标准等，我国风力标准委员会及国家电网公司也制定了 风力发电系统并网标准。国际电工委员会在1994年率先制定了风力发电机系统IEC61400系列标准，并被日本和欧洲众多国家和地区接纳和采用，该系列标准主 要涉及风轮发电机系统的设计、安装、系统安全保护、动力性能试验以及电能质 量测试评定等方面的内容。此外，IEEE也提出了一些风能转换系统与公用电网互 联规范。中国国家标准是参考IEC61400系列标准和德国、丹麦等国家的风力发电并网标准而制定的。 4风力发电并网方式 目前，国内外的风力发电大多是以风电场形式大规模集中接入电网。考虑到 不同的风力发电机组工作原理不同，因此其并网方式也有区别。国内风电场常用 机型主要包括异步风力发电机、双馈异步风力发电机、直驱式交流永磁同步发电机、高压同步发电机等。同步风力发电机的主要并网方式是准同步和自同步并网；异步风力发电机组的并网方式则主要有直接并网、降压并网、准同期并网和晶闸 管软并网等。各种并网方式都有其自身的优缺点，根据实际所采用的风电机组类 型和具体并网要求选择最恰当的并网方式，可以减小风电机组并网时对电网的冲击，保证电网的安全稳定运行。 我国在制定风力发电并网国家标准GB/Z19963-2005时，只考虑到当时的风电规模和机组的制造水平，是一个很低的标准。近年来风电事业发展迅速，整体呈 现大规模、远距离、高电压、集中接入的特点，对电网的渗透率越来越高，为使 风电成为一种能预测、能控制、抗干扰的电网友好型优质电源，有必要对原有标 准进行升级完善。 5风力发电电能质量 大部分国家和地区的风力发电并网标准均要求风电场正常运行时满足本国家

文献综述：风电并网存在问题分析

风电并网的不利影响及分析 一、风电并网的不利影响案例分析 1、加拿大阿尔塔特电力系统 截至2008 年，加拿大的阿尔伯塔电力系统（AIES）共有装机约280 台，总容量12 368 MW。其中，煤电5 893 MW，燃气发电4 895 MW（热电联产约3 000MW），水电869 MW，风电523 MW，生物质等其他可再生能源214 MW。阿尔伯塔的风电开发意向已达到11 000 MW，几乎与目前系统的装机容量相当，这在给AIES 带来巨大机遇的同时也带来了挑战。因为，大规模的风电接入会增加系统发电出力的不稳定性，降低系统维持供需平衡的能力。AIES 的装机以火电为主，且调节能力有限，系统备用容量也有限，电力市场的可调发电出力的灵活性不高，对外联络线的潮流交换能力相对有限。因此，系统需要增强调节及平衡能力和事故响应能力，否则难以应对风电出力变化给系统带来的巨大压力。 电力生产和使用必须同时完成的特点决定了系统运行必须维持每时每刻的供需平衡。供需失衡会引起发输电设备跳闸、负荷跳闸甚至系统崩溃等事故。因此，维持系统的实时平衡是一个非常艰巨的任务，而大规模的风电并网，会从以下4 个方面影响系统供需平衡：（1）能否准确预测供需走势。预测是实施供需平衡调节的基础。供需差可能来源于负荷、潮流交换、间歇性电源等的变化。供需走势的预测对于系统运行至关重要。预测越准确，相关的运行决策越准确，运行人员越容易维持系统稳定。而目前的风电预测，远不能达到系统运行对预测精度的要求，给大规模风电并网的系统运行带来很大隐患。 （2）需要足够的系统调节平衡资源来提升系统应对风电出力变化和不确定的能力。系统调节平衡资源是指能被随时调度的、能维持系统平衡的调节备用容量、负荷跟踪服务等运行备用。由于风电出力变化和不确定，导致系统必须维持很高的系统调节资源以作备用，降低了系统资源的利用率。否则，系统将无法应对风电出力变化和不确定性，影响系统的安全可靠运行。 （3）亟须建立相关的系统运行操作规程。为了保持系统的有效运行，必须提前研究并制定相关的系统运行操作规程，并纳入已有的运行规程以指导调度人员。由于人们对风电出力变化和不确定的了解还处于起步阶段，所以相关的运行规程还属空白。 （4）调度人员要学习并掌握应对风电出力变化和不确定影响的能力。拥有充足的系统调节平衡资源、建立相关的规程、具有可操作性的预测结果，加上操作人员多年的经验积累，在对系统特性有足够了解的基础上，才能准确地判断并作出正确决策，实现系统操作安全、可靠、及时。面对大规模的风电并网给系统运行带来的巨大挑战，调度人员需要学习如何应对风电出力变化和不确定给系统运行带来的复杂局势。 对于一个独立系统，供需不平衡可能导致系统出现频率偏差的情况，对于一个互联系统，供需不平衡可能导致系统从主网解列。特别是，阿尔伯塔系统的风电开发意向已远远大于其承受范围，所以面临的问题更加严峻。 胡明：阿尔伯塔风电并网对系统运行的影响和对策；电力技术经济；2009[4] 2、辽宁电网 预计在2010年底,辽宁电网的风电装机容量达到340万kW, 2015年风电装机容量达到787万kW。风电的大规模集中并网将给辽宁电网的调峰调频、联络线控制、系统暂态稳定、无功调压及电能质量等诸多方面带来直接影响,给电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。 （1）导致系统调峰难度增加

风力发电中的电能质量问题分析 朱国朋

风力发电中的电能质量问题分析朱国朋 发表时间：2019-07-24T13:45:59.330Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：朱国朋肖毅雄程胜利 [导读] 摘要：风能是一种清洁的、有可靠成本效益的发电资源,具有很高的环境效益和社会效益。 （深圳智润新能源电力勘测设计院有限公司广东深圳 518000） 摘要：风能是一种清洁的、有可靠成本效益的发电资源,具有很高的环境效益和社会效益。全球市场对于风力发电这样的具有很高环保效益和社会效益的技术有着巨大且持续增长的需求。随着风电技术发展,我国风电装机容量不断上升,风力发电将逐步成为电力系统重要的电力来源。但受自然、技术等因素影响,风力发电引起的电压波动、闪变和谐波等电能质量问题阻碍了其发展。因此,如何控制好风力发电中的电能质量就显得十分重要。 关键词：风力发电；电能质量；问题；措施 风力发电规模迅速扩大, 风电场并网是电力系统发展趋势。但风力发电过程中产生的电力谐波、电压波动及闪变等问题, 严重影响着风力发电的效率。只有这些问题得到有效解决, 才能发挥风力发电效能, 使整个发电系统稳定运行。 1风力发电并网技术 企业要开展风力发电，必须选择适合企业相关情况的风力发电技术，这直接影响到企业后的电能质量。合适的电网技术系统会影响风力发电机组的发电相位、发电机的电压频率和发电机输出峰值等相关数据。发电机组容量的提高对风力发电技术的最直接影响是并网过程中产生的冲击。并网过程中产生的冲击会降低发电机组的峰值发电量，损坏发电机组的物理部件，会对发电机的电机造成摩擦损坏，容易损坏支撑塔。由于发电机组的发电系统与各发电机组的电网相连，并网的影响也会影响同一电网下的相关机组，破坏系统的稳定性，使发电机分离。因此，适合企业的并网技术对企业有着重要的影响。 同步风力机具有效率高、体积小、结构紧凑、成本低、可靠性高、维护量小等特点。同步发电机的无功功率和有功功率同时输出。发电机转速稳定，负荷特性强，周期波稳定，发电机电能质量高。同步风力发电机广泛应用于风力发电，几乎所有的企业。均采用同步风电机组并网技术。但同步风力发电机组并不是所有的优点。在实际发电过程中，同步风力机对风力的控制较弱，不能形成稳定的电机运行。转子转矩的波动不能控制在一定的参数范围内。当每个发电机连接到电网时，发电机需要。发电机的频率应与系统频率和发电机出口功率相同。电压与系统电压相同，最大误差应小于5%，发电机相序与系统相序相同，但同步发电机往往达不到上述精度标准，会出现一些系统误差。并网时，要求运行人员调整发电机组，实现控制发电机组与系统的连接。然而，如果在这个过程中出现错误，由于负载突然变化时转子的惯性，旋转角度不能立即稳定在新的值上，并且在新的稳定值周围有几个摆动。这是同步风力发电机组容易出现的问题，但这些问题可以通过技术来解决。 与同步风机相比，与同步风机具有相同标准的异步风机在风机调速精度要求上明显优于同步风机，在发电机运行时，设备运行不同步或不连续。关于设备和速度要求。异步风力机控制力小，运行不复杂。由异步风力机组成的风力机只需调整一个重要参数即可实现发电控制。经简单控制，异步风力发电机组并网后运行平稳，无失步和振荡现象。异步风机的优点是运行稳定，稳定性好，几乎没有问题。然而，异步风力发电机组仍有不足之处。当工作人员进行机组并网运行时，如果操作不当，会对电网产生较大的电流冲击，降低电网电压，降低系统运行的不平衡度，降低稳定性。与可以产生无功功率的同步风力机不同，异步风力机需要手动补偿。当系统频率增大到峰值时，机组的同步速度也会加快。电动机旋转状态的变化将影响电能的产生，系统频率的降低和电网负荷的增加将影响电网的运行。因此，在异步风力发电机组运行过程中，工作人员应随时了解运行情况。 2风力发电对电网电能质量的影响 2.1电压波动和闪变 电压波动指电压方均根值一系列相对快速变动或连续改变的现象。电压波动大小可由相对电压变动特性d来描述: CP(λ,β)———风能利用系数,是叶尖速比λ和桨距角β的函数。 由式(3)可知,风电机组的输出功率与风速、空气密度有关,其值随风况在零功率和额定功率之间不断波动,其中风速影响更大。由于风电场风速的随机性大,风机功率频繁变化会引起电压频繁波动和闪变。此外,受塔影效应、偏航误差等因素影响,风机叶轮的转矩波动会造成风

风力发电及风电并网技术现状与展望

风力发电及风电并网技术现状与展望 发表时间：2017-11-24T11:26:50.037Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：刘文华[导读] 如二滩送出安全稳定控制、华中—西北直流背靠背联网安全稳定控制、三峡发输电系统安全稳定控制。 陕西黄河能源有限责任公司陕西 710061 摘要：近年来,越来越多的风电场开始接入更高电压等级电网。风电的大规模接入对电网的运行带来诸多方面的影响,如电网安全稳定、风电送出、调频调峰、电能质量、备用安排、运行单位众多协调困难等问题,不仅影响到电网的安全运行,也影响到电网接纳风电的能力。通过对风电进行有效的控制,可以在现有的网架结构、电源结构、负荷特性、风电预测水平、风机制造技术水平等条件下,提高电网接纳风电的 能力,保证电网的安全稳定运行。 关键词：风电并网；控制技术；现状 1电网风电控制现状 1.1电网安全稳定控制现状安全稳定控制是提高电网输送能力,保证电网安全稳定运行的重要手段,目前在电网中已有大量的应用。如二滩送出安全稳定控制、华中—西北直流背靠背联网安全稳定控制、三峡发输电系统安全稳定控制、江苏苏北安全稳定控制等。但国内电网用于提高风电送出能力的电网安全稳定控制系统还处于探索阶段,如甘肃嘉酒电网区域稳定控制系统、承德地区风电电网安全稳定控制系统等。其实现方法都是在电网故障情况下,通过采取紧急控制措施来提高正常情况下的风电送出能力。风电场往往远离负荷中心,而这些地区的网架结构一般比较薄弱,电网送出能力有限。如甘肃酒泉千万千瓦级风电基地目前已实现风电并网5600MW左右,到2015年风电装机容量将大于12000MW,但刚投产的750kV送出通道,以及原有的330kV送出通道,由于电网安全稳定问题,送出能力不能满足需求。因此,考虑风电特性的电网安全稳定控制系统还有待进一步研究和探索。 1.2风电有功控制现状 风电发展初期,从电网角度,一般将其作为负的负荷考虑,通过采取一些手段,提高电网接纳风电能力,不考虑控制风电。随着风电的快速发展,通过其他手段,如改善负荷特性、优化开机方式、部署安全稳定控制提高风电送出能力等,提高电网接纳能力已经不能满足风电全部并网的需求,需要控制风电。 电网公司在控制风电有功时,初期采取调度员人工控制的模式,经过一段时间的运行,发现人工控制存在如下问题:a)若调度端调节不及时,将威胁电网安全。b)场站端调节速率慢,电网需要留较大的裕度保证安全。c)在电网最大允许及风电出力一定的情况下,由于风电出力的随机性、间歇性,人工控制难以根据各风电场来风情况实时优化控制,易造成分配不公,且难以保证风电出力的最大化。d)风电运行单位众多,调度员压力较大。e)各风电场看不到其他风电场的计划及出力,不利于网源和谐。因此,风电有功控制需考虑电网的约束条件,实时计算电网最大可接纳风电能力,根据接纳能力的变化以及各风电场当前出力和风电场提出的加出力申请、风电功率预测,利用各风电场风资源的时空差异优化计算各风电场的计划,并下发至各风电场,各风电场有功功率控制装置根据该计划值进行控制。 1.3风电无功控制现状 目前国内实际投产应用的无功电压控制技术和装置,主要是通过对常规电厂、变电站的调节来实现无功电压控制的,并未将风电场纳入进来进行调节控制。风电的随机性和间歇性易造成电网电压波动大,无功补偿设备投切频繁,传统电压调节控制方式已不再适用。目前国内电网对风电场接入的技术管理规范均是针对单个风电场并网点的技术指标进行考核的。一般要求首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力,仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的,需在风电场集中加装无功补偿装置。实际运行的风电场都是根据自身并网点的考核指标进行无功电压控制来满足电网要求2风电场的控制现状 2.1风电场有功功率控制 由于风机协议的开放性差,目前风电场的有功功率控制功能模块一般部署在风机厂商提供的风电场集控系统上,对于由多种类型风机组成的风电场,其集控系统一般有多个。由于风电场的集控系统厂商众多,技术水平不一,而且风电场集控主站与风机自身的控制单元经常会出现通信异常,另外风电场的集控系统与常规电厂不同,其可靠性一般较低。即使在集控系统出现问题时,风电机组依然能够并网发电,因此单独依靠集控系统来调节风电场的有功功率,其可靠性不高,手段单一,难以满足电网控制需求。特别是紧急控制情况下,需要引入后备控制措施,所以风电场的有功控制一般采取如图1所示的模式。 图1 2.2风电场的无功电压控制 目前,风电场主要由双馈和直驱风电机组组成。从机组能力来看,双馈和直驱风电机组本身具备一定连续可调的无功功率范围。但由于国内风电机组一般采用恒功率因数控制模式,不具备机端电压调节功能,并且机组功率因数只能在停机状态下进行设定,不可在线调节,这对于保持系统的电压稳定性是非常不利的。

风力发电并网技术分析及电能质量的控制

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/199556911.html, 风力发电并网技术分析及电能质量的控制 作者：王位俊 来源：《华中电力》2014年第04期 摘要：风力发电是一种新型的绿色能源，正逐渐成为世界各国争相开发的新技术能源。近几年来，随着科学技术的进步，变速双馈风力发技术在风力发电中得到广泛应用。该技术能够最大限度的捕获风能，同时还能够实现发电机组以及电网之间的柔性，提高风力发电系统运行的动静态稳定性。本文针对双馈风力机并网技术进行简单阐述，重点讨论双馈风力发电机组的控制策略，最后通过系统仿真来验证双馈发电机运行性能。 关键词：双馈风力发机；最大风能控制；工作原理；优化策略；仿真技术 近几年来，随着国际工业化的进程，全球气候逐渐变暖，环境污染日益严重，支撑工业化进程的能源以及电力所主要依靠的化石燃料已越来越少，常规能源面临着枯竭，因此，风能属于可再生能源，选择风力发电能够延缓煤炭以及石油、天然气等常规能源的枯竭。双馈恒频发电是20世纪末发展的一种新型发电模式，主要是利用电子技术以及矢量变换控制技术、微机信息处理技术从而引发的发电，在发电技术中得到广泛应用。[1]到目前为止，主要有爬山 法、功率信号反馈控制以及叶尖速比控制方法，来提高风力发电机组的工作效率。然而，这几种方法几乎都忽略了双馈发电机组本身的效率，即使在风力机中能够获得比较大的风能捕获，但是发电系统对电网输出的有功功率还是会随着电机效率的不同而出现差异。因此，本文就在捕获最大风能的基础之上，提出双馈风力发电机组的风能控制策略。 一、双馈风力发电机并网技术 到目前为止，适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术，即空载并网方式、独立负载并网方式、孤岛并网方式。另外，对于垂直轴型的双馈机组，由于不能自动起动，所以必须采用“电动式”并网方式。 1、空载并网方式 所谓空载并网就是并网前双馈发电机空栽，定子电流为零，提取电网的电压信息（幅值！频率！相位）作为依据提供给双馈发电机的控制系统，通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率！相位和幅值一致。当满足并网条件时则可进行并网操作，并网成功之后控制策略就能够从并网控制切换到发电控制，如下图1所示： 2、独立负载并网方式 独立负载并网技术的基本思路为：并网前双馈电机带负载运行（如电阻性负载），根据电网信息和定子电压、电流对双馈电机和负载的值进行控制，在满足并网条件时进行并网"独立

风电并网技术标准(word版)

风电并网技术标准(word版)

ICS 备案号: DL 中华人民共和国电力行业标准 P DL/Txxxx-200x 风电并网技术标准 Regulations for Wind Power Connecting to the System (征求意见稿) 200x-xx-xx发布200x-xx-xx实施中华人民共和国国家发展和改革委员会发布

DL/T —20 中华人民共和国电力行业标准 P DL/Txxxx-2QQx 风电并网技术标准 Regulations for Wind Power Connecting to the System 主编单位:中国电力工程顾问集团公司 批准部门:中华人民共和国国家能源局 批准文号:

前言 根据国家能源局文件国能电力「2009]167号《国家能源局关于委托开展风电并网技术标准编制工作的函》，编制风电并网技术标准。《风电场接入电力系统技术规定》GB/Z 19963- 2005于2005年发布实施，对接入我国电力系统的风电场提出了技术要求。该规定主要考虑了我国风电尚处于发展初期，风电机组制造产业处于起步阶段，风电在电力系统中所占的比例较小，接入比较分散的实际情况，对风电场的技术要求较低。根据我国风电发展的实际情况，各地区风电装机规模和建设进度不断加快，风电在电网中的比重不断提高，原有规定已不能适应需要。为解决大规模风电的并网问题，在风电大规模发展的情况下实现风电与电网的协调发展，特编制本标准。 本标准土要针对大规模风电场接入电网提出技术要求，由风电场技术规定、风电机组技术规定组成。 本标准由国家能源局提出并归口。 本标准主编单位:中国电力工程顾问集团公司 参编单位:中国电力科学研究院 本标准主要起草人：徐小东宋漩坤张琳郭佳李炜李冰寒韩晓琪饶建业佘晓平

风力发电机分析报告

风力发电技术概述 一、国内外风电发展历史、现状 风能是太阳能的一种表现形式。它是由太阳的热辐射引起的空气流动。太阳把自己能的绝大部分以热的形式给了地球，而到大气求得太阳能约有2%转变为风。所以，地球上风能资源蕴藏丰富。 人类对于风能的开发利用也很早就开始了。对风能的利用首先出现在波斯，在荷兰和英国的风车磨坊大约从公元七世纪就广泛应用，在中国对风能的利用至少不晚于13世纪中叶，主要用于磨面和提水灌溉。利用风力发电的设想始于1890年的丹麦，到1918年，丹麦已拥有120台风力发电机1931 年前苏联采用螺旋桨式的叶片建造了一台大型风力发电机。随后，各国相距建造了一大批大型风力发电机。 但是，近代火力、水力发电机的广泛应用和20世纪50年代中东油田的发展，使风力发电机的发展缓慢下来。20世纪70年代后，由于能源短缺，人类生存环境的进一步恶化，环境与能源问题成为当今世界面临的两大挑战。因此寻求无污染、可再生的能源成为科技界的一大目标。风能这一古老而丰富的自然资源，以其易于获得并转换，且分布广泛无污染又能够不断再生，而被重新认识，开发和利用。此时的风力发电机设计应用了航空器的成熟理论，使得风力机的效率比老式的风车提高了几倍乃至十倍。欧美工业发达国家凭借其先进的科技和工业水平，投入数以亿美元计的研制经费，相继制造了兆瓦级风力发电机，形成了风能工业，使风力机的概念由单机运行发展到并网运行和建成有相当规模的风车田。据报道，截止1990年底的报道材料统计，全球风力发电设备总装机容量已经达到3800MW，其中美国约200MW，而且各国正在不断加大对风能开发的投入。面对新世纪的来临，美国、丹麦、荷兰、德国、日本和英国等国家纷纷制定出能源规划的长远目标。 在我国风力发电机组的研制工作开展较早，但是没得到足够的重视与支持，因而发展较慢。五十年代后期有过一个兴旺时期，吉林、辽宁、内蒙古、江苏、安徽和云南等省都研制过千瓦级以下的风车，但是没有做好巩固和发展成果的工

风力发电并网设计讲解

第一章绪论 风能是一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。因此风力发电正越来越引起人们的关注。[1] 1风力发电概述 1.1风力发电现状与展望 全球风能资源极为丰富，技术上可以利用的资源总量估计约53×106亿kWh /年。作为可再生的清洁能源，受到世界各国的高度重视。近20年来风电技术有了巨大的进步，发展速度惊人。而风能售价也已能为电力用户所承受：一些美国的电力公司提供给客户的风电优惠售价已达到2～2.5美分/kWh，此售价使得美国家庭有25%的电力可以通过购买风电获得。 2004年欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图》的报告，“风力12%”的蓝图展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可或缺的重要力量。按照风电目前的发展趋势，预计2008～2012年期间装机容量增长率为20%，以后到2015年期间为15%，2017～2020年期间为10%。其推算的结果2010年风电装机1.98亿KW，风电电量0.43×104亿kWh，2020年风电装机12.45亿KW，风电电量3.05×104亿kWh，占当时世界总电消费量25.58×104亿kWh的11.9%。[2] 世界风电发展有如下特点： （1）风电单机容量不断扩大。风电机组的技术沿着增大单机容量、提高转换效率的方向发展。风机的单机容量已从600KW发展到2000～5000KW,如德国在北海和易北河口已批量安装了单机5000KW的风机,丹麦已批量建设了单机容量2000～2200KW的风机。新的风电机组叶片设计和制造广泛采用了新技术和新材料，有效地改善并提高了风力发电总体设计能力和水平。另外,可变桨翼和双馈电机的采用,使机组更能适应风速的变化, 大大提高了效率。最近,又发展了无齿风机等,进一步提高了安全性和效率。

风力发电与并网技术仿真分析

风力发电与并网技术仿真分析 发表时间：2017-11-15T18:35:50.290Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：石凯1 张帆2 陈默3 [导读] 摘要：作为可再生能源的风电近些年发展迅速，在风电大规模并网的同时也带了许多问题，如对电网稳态运行时的无功功率、有功功率、系统电压的控制和动态稳定性产生不利的影响。 （1北京送变电公司北京市良乡昊天大街 1002401；2 国网冀北电力有限公司经济技术研究院北京市西城区 100045； 3 国家电网公司交流建设分公司北京市西城区 100043） 摘要：作为可再生能源的风电近些年发展迅速，在风电大规模并网的同时也带了许多问题，如对电网稳态运行时的无功功率、有功功率、系统电压的控制和动态稳定性产生不利的影响。文章分析了风力发电系统的基本构造，介绍了风电并网技术中的动态无功补偿及电压调节、低电压穿越技术。采用Matlab/simulink软件对风力机接入系统后的运行情况进行仿真，可知风机接入电网会对电网电能质量造成影响。 关键词：风电；电力系统；低电压穿越；仿真 ABSTRACT：In recent years, wind power as renewable energy development rapid, wind power bring a lot of problems in large-scale grid-connected, such as take adversely affected to reactive power, the active power, system voltage control and dynamic stability in grid steady-state operation. This paper analyzes the basic structure of the wind power generation system, introduced dynamic reactive power compensation and voltage regulation, low voltage ride through technology in wind power grid-connected technology. Using Matlab/simulink software simulate the operation of the wind turbine access system, shows that wind turbine access grid would be take adversely affect to grid power quality. KEYWORD: wind power; power system; LVRT; Simulation 引言 我国风资源分布广泛，可利用量巨大。近年来，风能利用越来越多，风电装机容量不断增加，截至目前，我国风电装机容量已位居世界第一。 但由于风电具有间歇性、随机性、波动性的特点，所以，随着风电规模的不断扩大，风电装机的快速增加，电网安全稳定运行压力越来越大。一方面风力机弃风现象严重，另一方面风电场脱网事故频发，对电网安全运行构成威胁，突出表现为风电并网消纳问题，风电机组运行可靠性问题以及电力电子变流技术。所以，风电机组要具备低电压穿越、有功调节和无功补偿能力，满足电力系统安全运行的需要[1][2]。 风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及控制设备的组合。典型的风力发电系统主要由叶轮、传动系统、变速器、发电机、调向机构及控制系统和储能装置等几大部分组成[3][4]。 2 仿真实验 仿真内容包括以下两个部分： （1）30MW，10kV同步发电机通过升压变压器进行并网，变压器的出线母线侧接有30MW，功率因数为0.9的负荷。并网经过200km 的LGJ400型双回架空线接到无穷大系统。并网中出现三相故障，持续时间为0.1s。并对负荷进行切除仿真。 （2）接入风力发电机，风力机的功率为15MW，通过升压变压器后，经过100km的LGJ400型架空线与母线连接。对三相故障和切除负荷进行仿真。 2.1 实验原理图 采用Matlab软件中的simulink进行上述仿真实验，观测内容包括同步电机并网后的节点电压和电流，以及支路功率和同步发电机的功角。对风力机接入系统后的运行情况进行了仿真。实验中对软件库中包含的同步电机和风力发电机的仿真实例进行了认真分析和比较，并选出了合理的模型进行搭建，原理图如图1所示。

电力系统小干扰稳定性分析

电力系统小干扰稳定性分析 【摘要】本文主要研究电力系统小干扰稳定性分析。阐述了电力系统小干扰稳定性对电力系统的重大意义，对电力系统小干扰稳定性的分析方法进行了总结归纳，并对各种方法的主要原理和适应性进行了详细分析，希望能够为电力系统小干扰稳定性的分析工作提供帮助。 【关键词】电力系统；小干扰稳定性 不同地区之间的电力系统的多重互联能够大大提高输电的经济性，但是这种互联电网会把很多动态问题诱发出来，系统更加复杂化，降低了稳定性。电力系统的安全运行需要满足一定的基本条件要求，例如电压、频率和小干扰等都需要有着相当的稳定性，并且这种稳定性应该是动态的，这些稳定性随着现代社会对电网的依赖越来越大而逐渐被人们重视起来。从上个世纪70年代开始，小干扰稳定性的失去就已经造成了很多严重的事故，对相关国家造成了严重的经济损失。为了保证电力系统的稳定性，保证其安全稳定运行，有必要对电力系统的小干扰稳定性进行分析，保障电力系统的安全运行。 一、电力系统小干扰稳定性分析方法 1.数值仿真法。使用一组微分方程来描述电力系统，根据电力系统扰动的特定性结合相关的数值计算方法计算系统变量及其完整的时间响应[1]。小干扰稳定性问题的本质是不能被时域响应最大程度的体现出来，造成系统稳定性下降的原因即便使用模拟仿真也不能够很好的找出来，也就无从找寻改进措施。 2.线性模型基础上的分析方法。这种方法是利用线性模型研究小干扰稳定性，使用微分方程和积分方程描述系统动态行为的变化，在稳态运行点现化，获得线性模型[2]。目前主流的电力系统小干扰稳定性分析方法就是基于线性模型的，目前来看主要有特征性分析方法和领域分析两种，前一种以状态空间模型为描述基础，后一种是基于函数矩阵的方法。 二、特征分析法 目前大多数电力系统分析软件都是暂态稳定仿真进行操作的，但是实际中相当多的限制条件约束了这种应用。相关结果受到选择的扰动或者时域响应观测量的很大影响，选择不合理时系统中的一些关键模式将不能被扰动触发，并且如果选择不合理，进行响应的观察时很多震荡模式中不明显的响应可能就是若阻尼模式[3]。因此，进行各种不同震荡模式阻尼特性分析时，单纯使用有关系系统变量时域可能会影响观测结果的准确性。同时为了有关系统震荡性质清晰的表现出来，需要对这些系统共动态过程进行长时间的仿真计算，计算量巨大。 特征分析方法把整个电力系统模拟成为线性模型，利用状态空间法，把电力系统的线性模型转换成为普通的线性系统表示。

第二章 风力发电机组并网方式分析

2风力发电机组并网运行方式分析 2.1风力发电系统的基本结构和工作原理 风力发电系统从形式上有离网型、并网型。离网型的单机容量小(约为0．1～5 kW，一般不超过10 kW)，主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行；并网型的单机容量大(可达MW级)，且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。另外，中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行，也可与其它能源发电方式相结合(如风电一水电互补、风电一柴油机组发电联合)形成微电网。并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率，按其发电机运行方式可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。 2.1.1恒速恒频风力发电系统 恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速)、鼠笼式异步发电机(SCIG)。且在定桨距并网型风电机组中，一般采用SCIG，通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速的转速(一般在(1～1．05)n)之间稳定发电运行。如图2.1所示采用SCIG的恒速恒频风力发电系统结构示意图，由于SCIG在向电网输出有功功率的同时，需从电网吸收滞后的无功功率以建立转速为n的旋转磁场，这加重了电网无功功率的负担、导致电网功率因数下降，为此在SCIG机组与电网之间设置合适容量的并联电容器组以补偿无功。在整个运行风速范围内(3 m／s < <25 m／s),气流的速度是不断变化的，为了提高中低风速运行时的效率，定桨距风力1 发电机普遍采用三相(笼型)异步双速发电机，分别设计成4极和6极，其典型代表是NEGMICON 750 kW机组。

风 图2.1采用SCIG的恒速恒频风力发电系统 恒速恒频风力发电系统具有电机结构简单、成本低、可靠性高等优点，其主要缺点为：运行范围窄；不能充分利用风能(其风能利用系数不可能保持在最大值)；风速跃升时会导致主轴、齿轮箱和发电机等部件承受很大的机械应力。 2.1.2变速恒频风力发电系统 为了克服恒速恒频风力发电系统的缺点，20世纪90年代中期，基于变桨距技术的各种变速恒频风力发电系统开始进入市场，其主要特点为：低于额定风速时，调节发电机转矩使转速跟随风速变化，使风轮的叶尖速比保持在最佳值，维持风电机组在最大风能利用率下运行；高于额定风速时，调节桨距以限制风力机吸收的功率不超过最大值；恒频电能的获得是通过发电机与电力电子变换装置相结合实现的。目前，变速恒频风电机组主要采用绕线转子双馈异步发电机，低速同步发电机直驱型风力发电系统亦受到广泛重视。 （1）基于绕线转子双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统 绕线转子双馈异步发电机(DFIG)的转子侧通过集电环和电刷加入交流励磁，既可输入电能也可输出电能。图2.2为基于绕线转子双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统结构示意图，其中，DFIG的转子绕组通过可逆变换器与电网相连，通过控制转子励磁

电力系统小干扰稳定分析

第7章电力系统小干扰稳定分析 电力系统在运行过程中无时不遭受到一些小的干扰，例如负荷的随机变化及随后的发电机组调节；因风吹引起架空线路线间距离变化从而导致线路等值电抗的变化，等等。这些现象随时都在发生。和第6章所述的大干扰不同，小干扰的发生一般不会引起系统结构的变化。电力系统小干扰稳定分析研究遭受小干扰后电力系统的稳定性。 系统在小干扰作用下所产生的振荡如果能够被抑制，以至于在相当长的时间以后，系统状态的偏移足够小，则系统是稳定的。相反，如果振荡的幅值不断增大或无限地维持下去，则系统是不稳定的。遭受小干扰后的系统是否稳定与很多因素有关，主要包括：初始运行状态，输电系统中各元件联系的紧密程度，以及各种控制装置的特性等等。由于电力系统运行过程中难以避免小干扰的存在，一个小干扰不稳定的系统在实际中难以正常运行。换言之，正常运行的电力系统首先应该是小干扰稳定的。因此，进行电力系统的小干扰稳定分析，判断系统在指定运行方式下是否稳定，也是电力系统分析中最基本和最重要的任务。 虽然我们可以用第6章介绍的方法分析系统在遭受小干扰后的动态响应，进而判断系统的稳定性，然而利用这种方法进行电力系统的小干扰稳定分析，除了计算速度慢之外，最大的缺点是当得出系统不稳定的结论后，不能对系统不稳定的现象和原因进行深入的分析。李雅普诺夫线性化方法为分析遭受小干扰后系统的稳定性提供了更为有力的工具。借助于线性系统特征分析的丰富成果，李雅普诺夫线性化方法在电力系统小干扰稳定分析中获得了广泛的应用。 下面我们首先介绍电力系统小干扰稳定分析的数学基础。 李雅普诺夫线性化方法与非线性系统的局部稳定性有关。从直观上来理解，非线性系统在小范围内运动时应当与它的线性化近似具有相似的特性。 将式(6-290)所描述的非线性系统在原点泰勒展开，得 式中：()()0e e x x x f x x f x A x x ?=?=?+??==????如果()h x ?在邻域内是x ?的高阶无穷小量，则往往可以用线性系统 的稳定性来研究式(6-288)所描述的非线性系统在点e x 的稳定性[1]：

风力发电机组并网技术

风力发电机组并网技术 20世纪90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系统 中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。同 时，电力电子技术和计算机技术的高速发展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制 的变流技术在双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电系统中的应用。 八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流 调速领域内得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机媲美。九十年代微机控制技术的发展，加速了 双馈电机在工业领域的应用步伐。近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，变速恒频双馈风力发电机组 已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交 变流器两种结构形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用 功率元件数量较多。(2)采用全控电力电子器件的交直交变流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且 易于控制策略的实现和功率双向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。 为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励磁控制策略进行了较深入的研 究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策略和直接转矩控制策略。我国科研机构从上世纪九十年代开 始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还仅限于实验室，只有部分研究成果 在中，在小型风力发电机的励磁控制系统中得到应用。因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度 对提高我国风电机组自主化进程具有重要意义。 除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频双馈风力发电系统还有许多研 究热点包括: (I)风力发电系统的软并网软解列研究 软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重要部分。一般的，当电网容量比发电机的容量大得多 的时候，可以不考虑发电机并网的冲击电流，鉴于目前并网运行的发电机组已经发展到兆瓦级水平，所 以必须要限制发电机在并网和解列时候的冲击电流，做到对电网无冲击或者冲击最小。 (2)无速度传感器技术在双馈异步风力发电系统应用的研究 近年，双馈电机的无位置以及无速度传感器控制成了风力发电领域的一个重要研究方向，在双馈异 步风力发电系统中需要知道电机转速以及位置信息，但是速度以及位置传感器的采用提高了成本并且带 来了一些不便。理论上可以通过电机的电压和电流实时计算出电机的转速，从而实现无速度传感器控制。 如果采用无传感器控就可以使发电机和逆变器之间连线消除，降低了系统成本，增强了控制系统的抗干 扰性和可靠性。 (3)电网故障状态下风力发电系统不间断运行等方面 并网型双馈风力发电机系统的定子绕组连接电网上，在运行过程中，各种原因引起的电网电压波动、 跌落甚至短路故障会影响发电机的不间断运行。电网发生突然跌落时，发电机将产生较高的瞬时电磁转 矩和电磁功率，可能造成发电机系统的机械损坏或热损坏，所以三相电网电压突然跌落时的系统持续运 行控制策略的研究是目前研究焦点问题之一。 此外，双馈风力发电系统的频率稳定以及无功极限方面也是目前研究的热点。 在大型风力发电系统运行过程中，经常需要把风力发电机组接入电力系统并列运行。发电机并网是 风力发电系统正常运行的“起点”，也是整个风力发电系统能够良好运行的前提。其主要要求是限制发 电机在并网时的瞬变电流，避免对电网造成过大的冲击，并网过程是否平稳直接关系到含风电电网的稳 定性和发电机的安全性。当电网的容量比发电机的容量大的多(大于25倍)的时候，发电机并网时的冲 击电流可以不考虑。但风力发电机组的单机容量越来越大，目前己经发展到兆瓦级水平，机组并网对电 网的冲击已经不能忽视。比较严重的后果不但会引起电网电压的大幅下降，而且还会对发电机组各部件 造成损害;而且，长时间的并网冲击，甚至还会造成电力系统的解列以及威胁其它发电机组的正常运行。