浅谈风力发电机的类型及风电并网对主电网运行

  发布时间: 2021年02月23日 14:12:55   作者: 广丰能源网

  风力发电的主要特点是随机性与不可控性,主要随风速变化而变化。因此,风电并网运行对主电网运行带来诸多不利影响。分析风电场并网对电网影响是风电事业发展的关键技术问题,同时也是电网部门安全、经济运行的一个新课题。

  

  风力发电的主要特点是随机性与不可控性,主要随风速变化而变化。因此,风电并网运行对主电网运行带来诸多不利影响。分析风电场并网对电网影响是风电事业发展的关键技术问题,同时也是电网部门安全、经济运行的一个新课题。

  一、风力发电机的类型

  分析风电并网的影响,首先要考虑风力发电机类型的不同。不同风电机组的工作原理、数学模型都不相同,因此分析方法也有所差异。目前国内风电机组的主要机型有3种,每种机型都有其特点。

  1.1异步风力发电机

  国内已运行风电场大部分机组是异步风电发电机。主要特点是结构简单、运行可靠、价格便宜。这种发电机组为定速恒频机沮,运行中转速基本不变,风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小,因而发电能力比新型机组低。

  同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。为满足电网对风电场功率因数的要求,多采用在机端并联补偿电容器的方法,其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量的电容器。

  由于风速大小随气候环境变化,驱动发电机的风力机不可能经常在额定风速下运行,为了充分利用低风速时的风能,增加全年的发电量,近年广泛应用双速异步发电机。这种双速异步发电机可以改变极对数,有大、小电机2种运行方式。

  1.2双馈异步风力发电机

  国内还有一些风电场选用双馈异步风力发电机,大多来源于国外,价格较贵。这种机型称为变速恒频发电系统,其风力机可以变速运行,运行速度能在一个较宽的范围内调节,使风机风能利用系数Cp得到优化,获得高的利用效率;可以实现发电机较平滑的电功率输出;发电机本身不需要另外附加无功补偿设备,可实现功率因数在一定范围内的调节,例如功率因数从领先0.95调节到滞后0.95范围内,因而具有调节无功功率出力的能力。

  1.3直驱式交流永磁同步发电机

  大型风力发电机组在实际运行中,齿轮箱是故障较高的部件。采用无齿轮箱结构能大大提高风电机组的可靠性,降低故障率,提高风电机组的寿命。目前国内有风电场使用了直驱式交流永磁同步发电机,运行时全部功率经A-D-A变换,接入电力系统并网运行。与其他机型比较,需考虑谐波治理问题。

  二、风电并网对主电网运行的影响

  由于风速变化是随机性的,因此风电场的出力也是随机的。风电本身这种特点使其容量可信度低,给电网有功、无功平衡调度带来困难。

  在风电容量比较高的电力网中,可能会产生质量问题。例如电压波动和闪变、频率偏差、谐波等问题。更重要的是:系统静态稳定、动态稳定、暂态稳定、电压稳定都需要验证。

  当然,相同装机容量的风电场在不同的接入点对电网的影响也是不同的。在短路容量大的接入点对系统影响小。反之,影响就大。

  定量分析风电场对主电网运行的影响,要从稳态和动态两方面进行分析。稳态分析就是对含风电场的电力系统进行潮流计算。在稳态潮流分析中,风电场高压母线不能简单视为PQ节点或PU节点。含风电场的电力系统对平衡节点的有功、无功平衡能力提出更高要求,要分别分析含风电场电网在电网大、小运行方式下,是否满足系统的安全稳定运行的各种约束。

  由于不同的风电机组的工作原理、数学模型都不相同,因此,对不同类型风电场的潮流计算方法也有所差异。对于异步发电机组组成的风电场。采用风电场、主系统分别迭代的方法:首先要设定风速,取值范围为风机切入风速到切出风速之间。考虑尾流效应,利用RAHMAN模型计算出各台风机轮毂处风速。根据各台风机功率风速曲线,计算出各台发电机出力P,以及整个风电场ΣP。

  再设风电场的电压初始设定值值Uo,在不考虑风电场内部电压损耗的情况下,所有风机出口电压都设为Uo,从而根据Uo、P计算出各台风机的无功功率Qi以及整个风电场的ΣQ。由于风电场己经计算出P、Q,因此可视为PQ节点,代入主系统进行潮流计算,得出风电场电压U,将设定值Uo与计算值U进行比较,修正设定值,重新重复迭代,直至计算收敛。

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