电力系统稳定分析论文.pptx

1、风力发电厂对于电力系统的电压和暂态稳定性的影响风力发电厂对于电力系统的电压和暂态稳定性的影响 摘要由于风能在将来可能会占到电网容量的20%，所以风能对电网的电压和暂态稳定性的研究显得越来越重要。大量的参数会影响我们对它的研究。对于本文，研究方向主要针对于一个标准的三机，9个总线系统。这个系统是辐射状地连接于风力发电厂，而且它包括22个风力发电机。本文的研究包括测试相接点和有以及没有与风力发电厂相连的辐射状系统电压的稳定性曲线。这些电压的稳定性研究主要面向基础状况以及突发状况。本文还包括对也是在辐射状系统的相接点的三相系统的误差的暂态稳定性研究。暂态稳定性的研究反映了风力发电厂的功率容量等级。从

2、本文得出的结论在将来会被理论的分析研究来验证。关键词：风力发电机，风力发电厂，等效方法，强渗透系统，电力系统的一体化，风能，集成，电力系统，可再生能源，稳定性分析 介绍 美国能源部估算在2030年，风力发电将占到美国电能的20%。为了得到这个等级的能量，所有的方面都需要考虑到。本文中，我们测试了风力发电厂在不同配置条件下的电网的暂态稳定性和电压稳定性。，并且我们估算了特殊情况的影响。风力发电厂带来了一系列的技术问题，从空气动力学，机翼的设计，电机技术，以及不同类型的感应电机系统到电力电子技术和风力发电厂对与电网的稳定性的影响。本文主要从电压和暂态稳定性方面深刻的分析了最后一个问题。不像的传统的

3、电网中所有的发电机都是同步发电机那样，本文中的风力发电厂主要是采用的双馈电机。双馈电机主要用复杂的电力电子系统来控制。电力电子技术使风能向电网供电变的十分灵活。以一个三机，9总线系统为例，我们把传输系统和变压器将与辐射状的风力电厂在5号总线处连接起来，如图1所示。等效的风力发电厂如图2所示，其代表在电力系统中，22个风机被分成多组，并且以菊花链式的结构相连接。双馈电机以变速方式运行，因为i这样可以控制在当前的功率因数或无功功率情况下的总线的电压。由于这个原因，我们使风力发电机具有一个唯一的功率因数。22个风机总共具有33MW的发电能力。有许多的论文涉及了动态模型的建立，而且一些论文研究了混合类

4、型的风力发电机系统的影响。混合类型主要是类型1即感应电机和类型3双馈电机在相同的风力发电厂中的混合。风力发电技术对电力系统的暂态稳定性的影响在论文9中也提到了。在本文中，我们用现有的动态模型且只用第3类型的双馈电机。II 稳态电压稳定性分析 两个电网的条件在本文中会用到。一个是硬性电网，它指在5号总线和10号总线间的所有的线路都用来供电。另一种是弱电网工作条件，它指在两个总线之间只有一条线路供电。传输线都是架空线，且具有很小的杂散电容。A，P-V曲线 本文中，5号总线的P-V曲线由13号总线的发电增加量和通过由负载功率流动计算出来的电压得到。保持总线5处的负载为恒值，增大风力发电场的发电量。风

5、电场以一致的功率因数运行，因此在其终端只产生有功功率。在涡轮机级或者风电场级没有无功功率补偿。图3为不同意外情况下的P-V曲线。总线5处的标称负载为125MW,新负载是31.5MW。考虑以下几种意外情况：a，切除线路510b，切除线路46c，切除线路57 （1）将线路510从网络中切除风电场与系统其他部分之间的不牢固电网情况由切除总线510之间的一条并联线路来模拟。从图3可知，总线5处的电压在可接受的范围。电压稳定的极限是当电压开始恶化，风能超过55MW的那一点。对于31.5MW的发电机，运行点A代表故障前情况，运行点B代表故障后的情况。相似地，对于50MW的发电机来说A和B分别代表故障前和故

6、障后的情况。（2）将线路46从网络中切除与预期的一样，在这种情况下，对于总线5处的电压影响非常小。总线5出的电压还在极限之内，上升到了风电场的60MW。（3）将线路57从网络中切除 由于在正常情况下，大部分的电能来自于总线7(2号发电机)，线路57的丢失会使风电场和1号发电机成为主要的供电源以满足负载的需求的增加。由总线7提供的电能和无功功率的丢失是非常值得注意的。线路45上的阻塞会引起总线5上的电压有较大的下降。总线5处的电压低于可接受的极限。风电场没有太大影响。瞬态稳定性 为了通过时域仿真研究瞬态稳定性，模拟一种故障，清除线路，然后观察故障后区域的响应。电能。第二种是以一致的功率因数产生5

7、0MW的电能。从观察点的电压稳定性可知，发电量越高就越近电压稳定极限值。对于这两种情况，故障持续的变化在于在系统变得不稳定之前找到最长的时间。发电机以31.5MW运行。如图3，电机的运行点是A。通过切除总线510来清除总线10附近的故障。运行点从A变为B。对于50MW一样，电机的运行点由故障前的A变为故障后的B。对图4的一点说明：图4为对第一种情况下即发电机发出的有功为31.5兆瓦，功率因数为1的情况下呈现出了17个周期之内电压在故障前，故障中，故障后各个阶段的显示情况。在图5和图6中给出了在第一种情况下有功功率时间图和无功功率时间图。在第二种情况下，发电机在功率因数为1的时候发出的功率变为5

8、0兆瓦，正如图3所示发电机的运行点由A变为B。这个运行点在电压稳定限制的范围内，正如图3中P-V曲 线描述的一样，这种状况下其稳定性不如前一种情况。这种情况下的极限切除时间为11个周期。图表1总结了同步发电机在两种不同发电状况下的极限切除时间。当线路故障发生在母线5时，和上述的分析情况是类似的。发电机发出的功率越高时，其稳定性就会变差，这是由于同步发电机发出的功率越高，其稳态运行点越接近电压稳定阀限。C风力发电机 在这一部分，风力发电机主要用来验证和以上类似的事故。我们也在母线5和母线10这两条平行线中的任意一条设置故障。我们让风力发电站在功率因数为1的情况下分别发出31.5兆瓦和50兆瓦的功

9、率。下面我们只对31.5的情况下作讨论。（1）线路故障发生在母线5附近 当故障到11个周期时系统是稳定的，图7显示了电压时间图，下面对图7作分析：从图中可以看出系统的电压在很短的时间内就可以恢复，然而同步发电机的电压恢复起来比较慢一些。图8显示了有功功率图，从图中可以看出，在故障期间，由于电压下降，风力发电机的输出有功功率受到了限制。这风力发电机的有功功率很快恢复到了故障前的状态。图9显示了其无功功率的变化图。风力发电机的功率因数设置在1。从图中可以看出无功功率的输出不能弥补电压的下降。因此我们可以看出风力发电机的无功功率的反应是非常快的，这是由于风力发电机的功率变换器引起的。（2）在线路10

10、上的线路事故 通过断开故障线路故障被清除了，当故障发生后的23个周期后系统恢复到稳定。把发生在母线5和母线10的故障的极限切除时间进行比较后可以看出尽管这故障和风力发电机的故障，然而这系统是比其稳定的。这个我们可以从把带风力发电机的母线5的电压看成和其他的发电机一样的。正如图10和表2显示，当母线10发生故障时，母线5上有一个小的电压降落，使系统保持了更好的电压稳定性，当故障发生在母线5时，母线5上有一个大的电压降落，严重的影响了系统中的所有的发电机，正如图7所示。下图为图10和表2。D讨论在B部分中，我们研究了当同步发电机接入总线13时它暂态的稳定性，而不是风力发电场。将它与静态电压的稳定性

11、比较，就像图3中P-V特性曲线那样。我们可以看到发电机在故障前的运行点严重影响同步发电机在故障时的动态运行情况。故障前的运行点越接近电压稳定值的极限则系统在暂态故障时就越不稳定。因此，系统连接50MW的发电机不如连接31.5MW的发电机稳定。在C部分，我们研究了当DFIG作为速度可变的风力汽轮发电机运行时风力发电场接入总线13的暂态情况。现在通过比较关键结算时间，我们比较故障在暂态运行的位置不同时的影响。通过图2我们可以看出故障在总线5时比在总线10时引起更大的电压降落。在故障中总线5的电压大小比10的对系统的稳定性影响更大。这种低电压降落在总线5故障时对系统中的同步发电机造成更不稳定的影响。

12、比较关键结算时间列在表1和表2中。有趣的是观察到与同步发电机系统相比这些风力发电场的关键结算时间不受发电机发点水平的影响，如图1所示。这种情况可以归因于类型3(DFIG)的能力，风力涡轮发电机通过磁链定向来控制复杂的控制,使得允许磁链位置与转子位置是独立的。通过对比表1和表2中的关键结算时间表明总线5中的故障比10中的错误能产生一个更不稳定的系统。这可归因于这样一个事实：总线5是传动系统(230千伏)中的一个节点，它会影响系统中其他发电机（总容量为320 MW发电机)。因此,系统中故障时总线5上的低电压会对发电机产生更大影响。IV总结 这篇文章详细研究了风力发电场并网时电压的稳定性和暂态稳定性

13、。这样我们得出以下的结论。p-v曲线表现了系统的电压发生不同状况时的影响。关键结算的时间是用来衡量暂态 稳定性的。结果表明,故障前的运行点距离电压稳定的极限值越近系统在暂态故障时就越不稳定。就像同步发电机的关键结算时间表现的那样。时域的仿真结果表明,总线5上电压的大小比总线10上的(故障时)对系统的稳定性影响大。此外,在DFIG中电力转换器对故障的作用是使风力发电场比常规同步发电机回到稳态快得多。比较风力发电场与其他发电机的有功和无功功率的振荡表明很多功率振荡都是由于转子角度的震荡。风力发电场对故障前的反应表明在DFIG风 汽轮发电机上使用磁链定向的优势。应用这种方法,磁通量是定向的不管转子是否振动。在同步发电机上,磁通与转子磁极有关;因此,它的震荡与转子角度的震荡有关。