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

石凯1张帆2陈默3

（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：Inrecentyears,windpowerasrenewableenergydevelopmentrapid,windpowerbringalotofproblemsinlarge-scalegrid-connected,suchastakeadverselyaffectedtoreactivepower,theactivepower,systemvoltagecontrolanddynamicstabilityingridsteady-stateoperation.Thispaperanalyzesthebasicstructureofthewindpowergenerationsystem,introduceddynamicreactivepowercompensationandvoltageregulation,lowvoltageridethroughtechnologyinwindpowergrid-connectedtechnology.UsingMatlab/simulinksoftwaresimulatetheoperationofthewindturbineaccesssystem,showsthatwindturbineaccessgridwouldbetakeadverselyaffecttogridpowerquality.

KEYWORD:windpower;powersystem;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。