風(fēng)力發(fā)電對傳統(tǒng)發(fā)電機組次同步諧振的影響
1研究背景
在減少溫室氣體排放和環(huán)境保護的壓力下,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)獲得高速發(fā)展,風(fēng)電成為替代傳統(tǒng)電力能源的重要途徑之一。但是,大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)將對現(xiàn)有電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。次同步諧振是電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)發(fā)電機組常常面臨的穩(wěn)定威脅。因此,從次同步諧振的角度研究風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響具有重要的意義。基于以上背景,本文通過計算與動態(tài)仿真初步揭示了風(fēng)電場并網(wǎng)后與傳統(tǒng)發(fā)電機組的互動,并總結(jié)了風(fēng)電場對電力系統(tǒng)次同步諧振的影響。
2風(fēng)電場如何影響傳統(tǒng)發(fā)電機組次同步諧振現(xiàn)象
次同步諧振是嚴重影響傳統(tǒng)發(fā)電機組的安全隱患。因此,對電力系統(tǒng)次同步諧振的研究長期獲得工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。一般來說,電力系統(tǒng)的次同步諧振現(xiàn)象可以分為以下三類。
1)扭轉(zhuǎn)相互作用(torsionalinteraction,TI):該作用發(fā)生于發(fā)電機組機械系統(tǒng)與電力網(wǎng)絡(luò)電氣系統(tǒng)之間。當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)的自然振蕩頻率的補與發(fā)電機組的軸系頻率接近或重合時,扭轉(zhuǎn)相互作用將會發(fā)生。
2)感應(yīng)電機效應(yīng)(inductiongeneratoreffect,IGE):感應(yīng)電機效應(yīng)只是一種電氣現(xiàn)象。它的發(fā)生取決于發(fā)電機組電氣部分和電力網(wǎng)絡(luò)電氣系統(tǒng)的狀況。
3)扭轉(zhuǎn)放大(torsionalamplification,TA):扭轉(zhuǎn)放大是一種非線性暫態(tài)動態(tài)特性。
TI與IGE與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定有關(guān),是本文研究的重點。隨著風(fēng)能的大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用,風(fēng)電場常常與電網(wǎng)相連為用戶提供清潔低碳的能源。有時,這些并網(wǎng)的風(fēng)電場與傳統(tǒng)發(fā)電機組距離較近,并補充或替代部分傳統(tǒng)發(fā)電機組的容量。在這種情況下,由于風(fēng)力發(fā)電機與傳統(tǒng)發(fā)電機動態(tài)特性的不同,風(fēng)電場的并網(wǎng)有可能影響臨近的傳統(tǒng)發(fā)電機組次同步諧振的動態(tài)。因此,需要對風(fēng)電并網(wǎng)條件下傳統(tǒng)發(fā)電機組的次同步現(xiàn)象重新做評估與研究。本文基于以上需求,研究了風(fēng)電場對電力系統(tǒng)次同步諧振的影響。
3次同步諧振的研究方法及模型
針對電力系統(tǒng)次同步諧振的研究,不少實用的方法被提出和應(yīng)用。其中,特征根分析法和時域仿真法被廣泛采用。這2種方法也特別適用于本文的研究重點——TI和IGE。
1)特征根分析法:該方法根據(jù)被研究系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型計算出系統(tǒng)模態(tài)對應(yīng)的特征根,根據(jù)這些特征根分析系統(tǒng)的阻尼和振蕩特性。
2)時域仿真法:該方法通過計算機電磁暫態(tài)仿真軟件對電力系統(tǒng)的次同步諧振現(xiàn)象進行模擬。
本文對電力系統(tǒng)次同步諧振的研究主要采用以上2種方法。首先,通過計算系統(tǒng)特征根研究風(fēng)電場對電力系統(tǒng)次同步諧振的影響。然后,通過時域仿真的方法驗證特征根分析的結(jié)果。
IEEE次同步諧振第一標準模型常被用來計算和驗證電力系統(tǒng)的次同步諧振現(xiàn)象。該模型是由實際工業(yè)項目簡化而成,具有廣泛的實用價值。本文的研究模型也是以IEEE第一標準模型為藍本,加入風(fēng)電場及其它同步機組組成新的研究測試系統(tǒng),如圖1所示。在這個新的測試系統(tǒng)中,風(fēng)電場由雙饋感應(yīng)風(fēng)機組成,GEN1為原IEEE模型中的發(fā)電機組,GEN2由10個小容量的同步機組組成。研究過程中,風(fēng)電場的發(fā)電量逐步替代GEN2中的若干機組,但風(fēng)電場與GEN2的總發(fā)電容量保持不變。
圖1測試系統(tǒng)示意圖
4風(fēng)電場對傳統(tǒng)發(fā)電機組TI的影響
通過對改進后的研究測試系統(tǒng)進行特征根分析和時域仿真,由雙饋感應(yīng)風(fēng)機組成的風(fēng)電場對傳統(tǒng)發(fā)電機組TI有惡化的影響,具體如下:
1)風(fēng)電場規(guī)模越大,扭轉(zhuǎn)振蕩的阻尼越小。
2)雙饋感應(yīng)風(fēng)機的轉(zhuǎn)子控制器內(nèi)環(huán)對傳統(tǒng)發(fā)電機組扭轉(zhuǎn)相互作用有影響。該內(nèi)環(huán)控制器控制增益越小,扭轉(zhuǎn)振蕩的阻尼越大。
3)雙饋感應(yīng)風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速越高,扭轉(zhuǎn)振蕩阻尼越小。
5風(fēng)電場對傳統(tǒng)發(fā)電機組IGE的影響
通過對系統(tǒng)特征根分析和時域仿真,由雙饋感應(yīng)風(fēng)機組成的風(fēng)電場對傳統(tǒng)發(fā)電機組IGE的影響取決于電網(wǎng)線路的串聯(lián)補償程度。當(dāng)線路的串聯(lián)補償程度較高時,系統(tǒng)被激發(fā)并失去穩(wěn)定性。在這種情況下,風(fēng)電場將使系統(tǒng)振蕩更加惡化。當(dāng)串聯(lián)補償程度較低且系統(tǒng)在故障下保持穩(wěn)定,風(fēng)電場將改善系統(tǒng)振蕩的阻尼。同時,風(fēng)電場規(guī)模的增大也將惡化系統(tǒng)的感應(yīng)電機效應(yīng)。

責(zé)任編輯:小琴
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