第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確定

1、第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 第七講第七講 并網(wǎng)風(fēng)電場的最大接入容量的確定并網(wǎng)風(fēng)電場的最大接入容量的確定 衡量風(fēng)力發(fā)電場接入電力系統(tǒng)對電力系統(tǒng)影衡量風(fēng)力發(fā)電場接入電力系統(tǒng)對電力系統(tǒng)影 響的兩個指標(biāo)響的兩個指標(biāo)風(fēng)電場穿透功率（風(fēng)電場穿透功率（wind wind power penetrationpower penetration）和風(fēng)電場與接入點短路）和風(fēng)電場與接入點短路 容量比的討論容量比的討論 確定風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模（風(fēng)電場的注入功率）確定風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模（風(fēng)電場的注入功率） 的依據(jù)；的依據(jù)； 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量問題 n必要性 n衡量風(fēng)電場裝機規(guī)模的兩

2、個指標(biāo) n影響風(fēng)電接入容量的主要因素 n主要分析方法 n實例分析 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量問題（續(xù)1） n必要性必要性 n從環(huán)境保護和可再生能源利用的角度考慮，要盡量擴大風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模 n風(fēng)力發(fā)電的波動性和間歇性對電網(wǎng)的電能質(zhì)量以及安全穩(wěn)定運行構(gòu)成一定 的威脅 n從電網(wǎng)的角度看從電網(wǎng)的角度看: 并網(wǎng)運行的風(fēng)電場相當(dāng)于一個具有隨機性的擾動源，難以 預(yù)報和調(diào)度，對電網(wǎng)的可靠運行造成一定影響 n從風(fēng)電場接入的局部地區(qū)看從風(fēng)電場接入的局部地區(qū)看: 風(fēng)電功率的注入改變了局部電網(wǎng)的潮流分布， 對局部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和穩(wěn)定性有很大影響 n風(fēng)電場往往在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的地方，它制約

3、了風(fēng)電場接入系統(tǒng)的方式和規(guī) 模 。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 衡量可接入電網(wǎng)的風(fēng)電場規(guī)模的兩個指標(biāo)衡量可接入電網(wǎng)的風(fēng)電場規(guī)模的兩個指標(biāo) n國內(nèi)外研究較多的兩個指標(biāo)國內(nèi)外研究較多的兩個指標(biāo) （1）風(fēng)電穿透功率極限）風(fēng)電穿透功率極限 n風(fēng)電穿透功率極限 （2）風(fēng)電場短路容量比）風(fēng)電場短路容量比 n風(fēng)電場短路容量比K n注：電力系統(tǒng)中的短路比和風(fēng)電中用的短路容量比是倒數(shù)關(guān) 系。 100% 大負系統(tǒng) 場裝機容量受的最大能夠系 荷最 風(fēng)電承統(tǒng) 100% 點的短路容量風(fēng)電場與電力系統(tǒng)連接 風(fēng)電場額定容量 Ssc Pwind 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 兩個指標(biāo)的討論兩個指標(biāo)的討論 n風(fēng)電

4、穿透功率極限：風(fēng)電穿透功率極限：是從全網(wǎng)的角度出發(fā)，表征一個給定規(guī) 模的電網(wǎng)最大可以承受的風(fēng)電容量的大小，主要旨在考慮風(fēng) 電場對系統(tǒng)頻率的影響（功率大小對電網(wǎng)電壓也有影響） n電力系統(tǒng)有一定的備用容量，能對風(fēng)電引起的頻率波動進行 跟蹤調(diào)節(jié)。 n對于小電網(wǎng)，風(fēng)電容量所占比重較大時，應(yīng)考慮風(fēng)電對系統(tǒng) 頻率的影響 n目前及今后二十年間，在我國大部分地區(qū)電網(wǎng)，風(fēng)電的接入 對系統(tǒng)頻率波動和頻率穩(wěn)定性的影響很小，不會對系統(tǒng)運行 造成威脅。 確定風(fēng)電穿透功率極限并不是目前亟待解決的問題 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 兩個指標(biāo)的討論（續(xù)）兩個指標(biāo)的討論（續(xù)） n風(fēng)電場短路容量比：風(fēng)電場短路容量比：是從風(fēng)

5、電場所在的局部電網(wǎng)出發(fā)，重點考察風(fēng)電功率的注 入對局部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性的影響。 n系統(tǒng)中不同點短路容量不同，風(fēng)電場短路容量是指PCC點的值，一般是指風(fēng)電場 （不是風(fēng)機）變電站的高壓側(cè)出口。 n短路容量短路容量表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強弱，短路容量大說明該節(jié)點與系統(tǒng)電源點的電氣距離 ?。╔?。?，聯(lián)接緊密。風(fēng)電場接入點的短路容量反映了該節(jié)點的電壓對風(fēng)電注 入功率變化的敏感程度。風(fēng)電場短路容量比短路容量比小表明系統(tǒng)承受風(fēng)電擾動的能力強。 n用短路容量比短路容量比這一指標(biāo)表示風(fēng)電場接入規(guī)模的大小，是從風(fēng)電場所在的局部電網(wǎng) 出發(fā)，重點考察風(fēng)電功率的注入對局部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性的影響。 我國適合建

6、設(shè)風(fēng)電場的地區(qū)一般電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱。在許多情況下不可能滿足風(fēng)電場短路容量比為 3.3%5%的要求，根據(jù)幾個電力系統(tǒng)的初步計算，即使風(fēng)電短路容量比以10%來計算，在電網(wǎng)末 端的邊緣地區(qū)建設(shè)3050MW及以上的風(fēng)電場也可能存在困難。 風(fēng)電接入的電壓問題是制約風(fēng)電接入容量的主要因素。針對我國電力系統(tǒng)的具風(fēng)電接入的電壓問題是制約風(fēng)電接入容量的主要因素。針對我國電力系統(tǒng)的具 體情況，詳細分析這一指標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。體情況，詳細分析這一指標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 影響風(fēng)電接入容量的主要因素影響風(fēng)電接入容量的主要因素 n風(fēng)電場接入點PCC的負載能力的強弱 n風(fēng)電場與電網(wǎng)

7、的連接方式 n系統(tǒng)中常規(guī)機組的調(diào)節(jié)能力的大小 n風(fēng)電機組的類型和無功補償狀況 n地區(qū)負荷特性 要確定風(fēng)電場的合理的建設(shè)規(guī)模和最大接入容量， 應(yīng)該給出一套切實可行的分析方法。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 風(fēng)電場接入點風(fēng)電場接入點PCC的負載能力的強弱的負載能力的強弱 n可用PCC的短路容量來表征，它決定了該網(wǎng)絡(luò)承受風(fēng)電擾動的 能力。短路容量越小，點電壓對功率變化的敏感度越大，承受 風(fēng)電功率擾動的能力也越差 n這是網(wǎng)絡(luò)的特性，是風(fēng)電對網(wǎng)絡(luò)的要求 n風(fēng)電接入電網(wǎng)的電壓等級高，PCC點短路容量大； 改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（單回、雙回線等），也改變PCC點短路容量 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 風(fēng)電

8、場與電網(wǎng)的連接方式風(fēng)電場與電網(wǎng)的連接方式 n接入電網(wǎng)的電壓等級； n聯(lián)絡(luò)線長度和阻抗參數(shù) n聯(lián)網(wǎng)方案：交流、直流、接入母統(tǒng)、接 入饋線 n線路的x/r的大小不同將會影響風(fēng)電場 和局部電網(wǎng)節(jié)點電壓的分布，對風(fēng)電場 的接入容量也有一定的影響。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 系統(tǒng)中常規(guī)機組的調(diào)節(jié)能力的大小系統(tǒng)中常規(guī)機組的調(diào)節(jié)能力的大小 n旋轉(zhuǎn)備用容量的大小 n機組的電壓調(diào)節(jié)能力（包括SVC等） n機組的頻率調(diào)節(jié)能力（包括SMES等） n充裕的旋轉(zhuǎn)備用容量，防止失去風(fēng)電容量后造成系統(tǒng)頻率的下 降；增強系統(tǒng)中其它機組的頻率和電壓調(diào)節(jié)的響應(yīng)能力可以改 善風(fēng)電功率變化造成的系統(tǒng)頻率和電壓的波動。 第七

9、講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 風(fēng)電機組的類型和無功補償狀況風(fēng)電機組的類型和無功補償狀況 n恒速恒頻風(fēng)電機組，即恒速風(fēng)機異步發(fā)電機組，結(jié)構(gòu)簡單、造價低、過載 能力強。但異步發(fā)電機本身沒有勵磁環(huán)節(jié)，需要從網(wǎng)絡(luò)吸收無功功率以建立 磁場，因此，風(fēng)電機組的無功補償狀況對風(fēng)電場的輸出特性有很大影響，進 而影響風(fēng)電的最大接入容量。安裝動態(tài)無功補償裝置（如SVC、SMES等）， 可以提高風(fēng)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性，也能夠有效提高風(fēng)電最大接入容量 n變速恒頻的風(fēng)電機組的成本較高，但是風(fēng)能利用率高而且具有電壓調(diào)節(jié)能力， 與電網(wǎng)之間的相互影響較小。 變速風(fēng)機的槳距角調(diào)節(jié)裝置通過采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，可以有效地提高風(fēng)

10、電 機組的效率，在一定程度上降低風(fēng)速的波動對網(wǎng)絡(luò)的影響。 雙饋感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子通過換流器與電網(wǎng)相連，可以調(diào)節(jié)風(fēng)電機組的功率因 數(shù)，改善風(fēng)電系統(tǒng)的運行特性，在提高風(fēng)電最大接入容量方面有很大潛力 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 地區(qū)負荷特性 n風(fēng)電場附近地區(qū)負荷的電壓調(diào)節(jié)特性。 電動機低電壓下吸收 無功急劇增加。 n負荷的頻率調(diào)節(jié)特性 風(fēng)機、水泵 n負荷對電壓和頻率質(zhì)量的要求 負荷對電能質(zhì)量的要求過高將會限制系統(tǒng)所能承受的最大風(fēng)電 功率。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 確定風(fēng)電接入容量的主要分析方法 n時域仿真法時域仿真法 n穩(wěn)態(tài)潮流仿真法穩(wěn)態(tài)潮流仿真法 n靜態(tài)安全約束和優(yōu)化的方法靜態(tài)安

11、全約束和優(yōu)化的方法 n頻率約束法頻率約束法 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 時域仿真法時域仿真法 n該方法的思路是假定一個風(fēng)力發(fā)電場的輸出功率水平，然后選取幾個典選取幾個典 型的系統(tǒng)運行方式型的系統(tǒng)運行方式，通過數(shù)字仿真的方法檢驗系統(tǒng)在該水平的風(fēng)電沖擊 下是否會失去安全性和穩(wěn)定性，進而確定允許的風(fēng)電場接入容量，并通 過改變系統(tǒng)參數(shù)和運行方式來分析影響風(fēng)電最大接入容量的因素。 n校驗系統(tǒng)的動態(tài)性能校驗系統(tǒng)的動態(tài)性能，研究風(fēng)電場和系統(tǒng)之間的相互影響，特別是當(dāng)電 網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱時，風(fēng)電接入后能否保持動態(tài)穩(wěn)定性是決定系統(tǒng)能夠承 受的最大風(fēng)電容量的重要因素。 n該方法物理概念清晰，只要建立的模型正確

12、就可以考慮多種因素的影響， 以及各種因素之間的相互影響。 n這是一種驗證性的計算方法，要回答一個給定系統(tǒng)能夠承受的最大風(fēng)電 功率到底是多少，則需要進行大量的仿真計算。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 穩(wěn)態(tài)潮流仿真法穩(wěn)態(tài)潮流仿真法 n風(fēng)電場接入中低壓電網(wǎng)，改變了局部電力系統(tǒng)的潮流 分布和電壓水平，這些影響在原有的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計時 是沒有預(yù)先考慮的。因此在并網(wǎng)風(fēng)電場的規(guī)劃階段確 定風(fēng)電場并網(wǎng)方案時，從保證風(fēng)電場和電力系統(tǒng)正常 運行的角度而言，必須深入研究風(fēng)電場的接入引起的 局部系統(tǒng)節(jié)點電壓變化。 n防止風(fēng)電注入引起的線路功率過載和節(jié)點電壓越限， 防止風(fēng)電機組因端電壓過低或過高而造成非正常停機 損

13、失發(fā)電量。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 靜態(tài)安全約束和優(yōu)化的方法靜態(tài)安全約束和優(yōu)化的方法 n風(fēng)力發(fā)電的接入改變了系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)和潮流分布，影響系統(tǒng)的靜態(tài)安 全，同時風(fēng)電的不穩(wěn)定性對系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量提出了較高的要求，增加 了常規(guī)機組的運行成本。 n將風(fēng)電最大接入容量問題轉(zhuǎn)化為在一定的安全約束條件下的風(fēng)電功率將風(fēng)電最大接入容量問題轉(zhuǎn)化為在一定的安全約束條件下的風(fēng)電功率 注入最大化的求解注入最大化的求解。優(yōu)化的目標(biāo)是系統(tǒng)中風(fēng)電場的風(fēng)電注入功率最大， 采用的靜態(tài)安全約束指標(biāo)應(yīng)包括：功率的平衡功率的平衡，線路輸送功率極限線路輸送功率極限，節(jié)節(jié) 點電壓上下限約束點電壓上下限約束，常規(guī)機組的出力限制

14、常規(guī)機組的出力限制等。 n靜態(tài)約束和優(yōu)化的方法在確定風(fēng)電注入功率極限的同時，還可以給出電 力系統(tǒng)內(nèi)其他常規(guī)機組的最優(yōu)運行調(diào)度方案。對風(fēng)電場的并網(wǎng)運行和規(guī) 劃具有一定的參考價值。 n如何考慮風(fēng)力發(fā)電廠并網(wǎng)運行的有關(guān)動態(tài)約束還需研究。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 頻率約束法頻率約束法 n頻率約束法的基本原則是：考慮到風(fēng)電的不穩(wěn)定性，失去 風(fēng)電出力后，常規(guī)機組經(jīng)過一次、二次調(diào)頻后電網(wǎng)頻率的 降低應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)（一般允許的頻率偏差為 0.2Hz） n同時還要兼顧整個電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟性，常規(guī)機組的旋 轉(zhuǎn)備用不可能太大，應(yīng)在規(guī)程要求的范圍內(nèi)（35）。 n穩(wěn)態(tài)頻率的分析方法與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)沒有關(guān)系

15、，而只與電網(wǎng) 的負荷水平、電源性質(zhì)及組成有關(guān)。 n這種分析方法對于風(fēng)電接接入較小的電網(wǎng)時是必要的。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 實例計算及分析實例計算及分析 n指標(biāo)：風(fēng)電場接入點的短路容量比K n方法：穩(wěn)態(tài)潮流分析和時域仿真相結(jié)合 n計算電網(wǎng)概況： n風(fēng)電場接在配電網(wǎng)的末端，通過雙回輸電線與電網(wǎng)相連。節(jié) 點10是風(fēng)電場的接入點，節(jié)點2和節(jié)點10之間是風(fēng)電場附近 地區(qū)的電網(wǎng)和地區(qū)負荷。 n將220kV以上電壓等級的網(wǎng)絡(luò)簡化為等值電源，電源電壓即 節(jié)點1的電壓記作Us，節(jié)點12之間的阻抗代表網(wǎng)絡(luò)的等值 阻抗，記作Zs。 n風(fēng)電場所選機組為額定容量600kW的異步風(fēng)力發(fā)電機組。 第七講并網(wǎng)風(fēng)

16、電場最大接入容量確 定 系統(tǒng)接線圖 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 （一）穩(wěn)態(tài)分析 n考慮的可變因素包括：考慮的可變因素包括： n1） 系統(tǒng)運行方式變化；系統(tǒng)運行方式變化； n 2） 風(fēng)電機組的無功補償量大?。伙L(fēng)電機組的無功補償量大??； n 3）風(fēng)電接入系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線阻抗參數(shù)。）風(fēng)電接入系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線阻抗參數(shù)。 n計算所采用的電壓上下限計算所采用的電壓上下限 電壓等級電壓限制 0.69kV+5%-10% 110kV+4%-6% 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 1）系統(tǒng)運行方式的影響： 不同電源（地區(qū)中樞點）電壓不同電源（地區(qū)中樞點）電壓維持電壓不變維持電壓不變 Us（p.u.）1.051.

17、021.0 最大容量MW100.874.236 比值K24.55%18.35%9.21% 電壓越界情況U120.9U60.94U60.94 020406080100120 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 U=1.05p.u. U=1.02p.u. U=1.0p.u. P(MW) U(p.u.) 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 系統(tǒng)運行方式影響（續(xù)） 負荷降低一半負荷降低一半 Us（p.u.）1.051.021.0 最大容量MW10889.472 比值K26.30%22.41%18.41% 電壓越界情況U120.9U60.94U60.94 02040608

18、0100 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 P(MW) U(p.u.) 負荷降低一半 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 2）無功補償容量的影響 系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電壓Us=1.02， PFC15%30%40% 最大容量MW49.874.2100.8 比值K12.49%18.35%25.27% 電壓越界情況U60.94U60.94U120.9 020406080100120 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 P(MW) U(p.u.) 補償量40% 補償量30% 補償量15% 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 3）聯(lián)絡(luò)線阻抗參數(shù)x

19、/r的影響 （系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電壓Us=1.02) x/r3/11/11/3 最大容量MW74.278.690 比值K18.35%19.71%22.57% 電壓越界節(jié)點U60.94U60.94U60.94 020406080100120140 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 P(MW) U(p.u.) x/r=1/3 x/r=1/1 x/r=3/1 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 穩(wěn)態(tài)分析結(jié)論穩(wěn)態(tài)分析結(jié)論 n制約恒速恒頻風(fēng)機制約恒速恒頻風(fēng)機異步發(fā)電機組接入容量的主要原因是風(fēng)電功率注入異步發(fā)電機組接入容量的主要原因是風(fēng)電功率注入 引起的節(jié)點電壓的越限。引起的節(jié)點電壓的越限。 n

20、風(fēng)電最大接入容量是風(fēng)電場接入地區(qū)的中樞點電壓水平、風(fēng)電地區(qū)電網(wǎng)風(fēng)電最大接入容量是風(fēng)電場接入地區(qū)的中樞點電壓水平、風(fēng)電地區(qū)電網(wǎng) 負荷的輕重、風(fēng)電場的無功補償度大小以及風(fēng)電場接入系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線負荷的輕重、風(fēng)電場的無功補償度大小以及風(fēng)電場接入系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線x/r 的大小等因素綜合作用的結(jié)果。的大小等因素綜合作用的結(jié)果。 n提高等效電源電壓（如系統(tǒng)樞紐點）調(diào)整能力、適當(dāng)增加風(fēng)電場的無功提高等效電源電壓（如系統(tǒng)樞紐點）調(diào)整能力、適當(dāng)增加風(fēng)電場的無功 補償量和采用補償量和采用x/r較小的聯(lián)絡(luò)線將有利于提高風(fēng)電場的最大接入容量。較小的聯(lián)絡(luò)線將有利于提高風(fēng)電場的最大接入容量。 n對于一個實際的風(fēng)電系統(tǒng)，要確定其適

21、當(dāng)?shù)娘L(fēng)電接入容量，必須進行系對于一個實際的風(fēng)電系統(tǒng)，要確定其適當(dāng)?shù)娘L(fēng)電接入容量，必須進行系 統(tǒng)的計算分析。統(tǒng)的計算分析。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 （二）暫態(tài)仿真分析（二）暫態(tài)仿真分析 n風(fēng)力發(fā)電機組接入電網(wǎng)不僅影響系風(fēng)力發(fā)電機組接入電網(wǎng)不僅影響系 統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行特性，也會影響大擾統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行特性，也會影響大擾 動后的暫態(tài)穩(wěn)定性。動后的暫態(tài)穩(wěn)定性。 n為保證風(fēng)電系統(tǒng)的安全運行，必須為保證風(fēng)電系統(tǒng)的安全運行，必須 對網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后的暫態(tài)穩(wěn)定性進對網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后的暫態(tài)穩(wěn)定性進 行校驗。行校驗。 n當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路故障時，風(fēng)電系統(tǒng)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路故障時，風(fēng)電系統(tǒng) 容易發(fā)生電壓失穩(wěn)和轉(zhuǎn)子失速而降容

22、易發(fā)生電壓失穩(wěn)和轉(zhuǎn)子失速而降 低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這兩種現(xiàn)象是交低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這兩種現(xiàn)象是交 織在一起的。織在一起的。 異步發(fā)電機的功率因數(shù)隨滑差的變化異步發(fā)電機的功率因數(shù)隨滑差的變化 -0.05-0.02500.0250.05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 功率因數(shù)cos（） 滑差s 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 異步發(fā)電機的功率因數(shù)隨滑差的變化異步發(fā)電機的功率因數(shù)隨滑差的變化 -0.05-0.02500.0250.05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 功率因數(shù)cos（） 滑差s ) )( (tan 2 22 21 sxr sxxxr m mkk 在偏離額定滑差時，異步

23、發(fā) 電機的功率因數(shù)迅速下降， 對應(yīng)于一定的有功出力，吸 收的無功功率急劇增加。 輸出電功率大時，滑差大 P sxr sxxxr Q m mkk 2 22 2 )( 2 2 2 222 2 4 2 2 2 4 k k Px rxPrUrU s V= V1-V0= (PR-XQ)/V0 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 （1）短路故障后的動態(tài)過程 n網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路故障，發(fā)電機端電壓降低，只有少量的電功率傳送到電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路故障，發(fā)電機端電壓降低，只有少量的電功率傳送到電 網(wǎng)，但此時風(fēng)輪機輸出的機械功率基本不變，由于機械功率和電功率網(wǎng)，但此時風(fēng)輪機輸出的機械功率基本不變，由于機械功率和電功率 的不平

24、衡，發(fā)電機開始加速，滑差增大，因而異步發(fā)電機將從電網(wǎng)吸的不平衡，發(fā)電機開始加速，滑差增大，因而異步發(fā)電機將從電網(wǎng)吸 收更多的無功功率，造成機端電壓的進一步下降。收更多的無功功率，造成機端電壓的進一步下降。 n當(dāng)故障切除后，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和機端電壓將進入一個恢復(fù)過程。當(dāng)故障切除后，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和機端電壓將進入一個恢復(fù)過程。 n若電壓恢復(fù)過程快于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程，則進入一個良性循環(huán)，可以恢復(fù)若電壓恢復(fù)過程快于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程，則進入一個良性循環(huán)，可以恢復(fù) 故障前的穩(wěn)態(tài)，或建立一個新的穩(wěn)態(tài)。故障前的穩(wěn)態(tài)，或建立一個新的穩(wěn)態(tài)。 n若電壓恢復(fù)過程慢，發(fā)電機功率輸出不能快速增加，機械功率和電功率不若電壓恢復(fù)過程

25、慢，發(fā)電機功率輸出不能快速增加，機械功率和電功率不 能及時平衡，不能抑制轉(zhuǎn)子的加速，滑差進一步加大，發(fā)電機吸收的無功能及時平衡，不能抑制轉(zhuǎn)子的加速，滑差進一步加大，發(fā)電機吸收的無功 功率繼續(xù)增加，則將進入一個惡性循環(huán)，這樣一種正反饋的過程將使風(fēng)電功率繼續(xù)增加，則將進入一個惡性循環(huán)，這樣一種正反饋的過程將使風(fēng)電 系統(tǒng)電壓崩潰，并且轉(zhuǎn)子失速。系統(tǒng)電壓崩潰，并且轉(zhuǎn)子失速。 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 （2 2）轉(zhuǎn)矩特性分析）轉(zhuǎn)矩特性分析 n異步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性通常用轉(zhuǎn)矩異步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性通常用轉(zhuǎn)矩滑差特性曲線來描述滑差特性曲線來描述 。 n轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩滑差特性受系統(tǒng)電壓、無功補償、短路容量

26、、網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)的影響滑差特性受系統(tǒng)電壓、無功補償、短路容量、網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)的影響 cm cm xx xx X 21 xxX k TNS xxX 0 2 43 2 12 2 2 )()(ZsZZsZ srU M e n 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩： )1 ( 21 X X rZ S )1 ( 2 X X rZ k N X XX XXZ Sk Sk 3 X rr Z N2 4 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 轉(zhuǎn)矩特性分析（續(xù)1） n右圖是系統(tǒng)電壓右圖是系統(tǒng)電壓U分別分別 為為1.05p.u.和和1.0p.u.， 短路容量短路容量Ssc=4.0p.u. 時轉(zhuǎn)矩特性時轉(zhuǎn)矩特性 ns0表示發(fā)電機運行表示發(fā)電機運

27、行 狀態(tài)狀態(tài) n提高機端電壓提高機端電壓U將有利將有利 于穩(wěn)定性的增加于穩(wěn)定性的增加 -0.1-0.0500.050.1 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 滑 差 s Me(p.u.) U=1.05p.u. U=1.00p.u. 電 動 機發(fā) 電 機 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 轉(zhuǎn)矩特性分析（續(xù)2） n風(fēng)電場接入點的短路容風(fēng)電場接入點的短路容 量分別為量分別為4.0（p.u.） 和和8.0（p.u.）。）。 n正常運行時滑差約為正常運行時滑差約為 0.4，轉(zhuǎn)矩最大值隨，轉(zhuǎn)矩最大值隨 短路容量的增加而升高短路容量的增加而升高 n提高風(fēng)電場接入點的短提高風(fēng)電場接入點的短 路容量有助

28、于改善風(fēng)電路容量有助于改善風(fēng)電 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 -0.1-0.0500.050.1 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 滑差s Me(p.u.) Ssc=8p.u. Ssc=4p.u. 電動機發(fā)電機 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 轉(zhuǎn)矩特性分析（續(xù)3） n短路容量Ssc=4.0p.u.，電容補償量為30%或無電容補償 n安裝補償電容器，提高風(fēng)電機組功率因數(shù)，可以提高最 大輸出轉(zhuǎn)矩 -0.1-0.0500.050.1 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 ME(p.u.) 有補償 無補償 電動機發(fā)電機 滑差s 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 轉(zhuǎn)矩特性分析（

29、續(xù)4） nSsc=4.0p.u.， n網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)x/r由由 3/1變?yōu)樽優(yōu)?/1，異步，異步 發(fā)電機的最大轉(zhuǎn)矩發(fā)電機的最大轉(zhuǎn)矩 增加很多，系統(tǒng)的增加很多，系統(tǒng)的 穩(wěn)定性也相應(yīng)提高穩(wěn)定性也相應(yīng)提高 -0.1-0.0500.050.1 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 Me(p.u.) x/r=3:1 x/r=1:1 電動機發(fā)電機 滑差s 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 （3）仿真分析 n計算網(wǎng)絡(luò)同前 n假設(shè)風(fēng)電場的裝機容量為75MW，在風(fēng)電場出 口（節(jié)點10）發(fā)生三相短路故障 n考慮的可變因素包括： n風(fēng)電接入點短路容量的大小 n網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù) n電容補償量的大小

30、第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 仿真分析（續(xù)1） nUs1.05p.u.，電容補償量為有功出力的，電容補償量為有功出力的30，網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù) x/r3:1，短路容量，短路容量Ssc=3.91，故障持續(xù)，故障持續(xù)100ms后切除一回線后切除一回線 路。路。 n故障后系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。故障后系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。 0123456 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t(s) V(p.u.) 0123456 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 t(s) 滑差S 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 仿真分析（續(xù)2） n電容補償量降低為電容補償量降低為15，其余條件不

31、變，其余條件不變 n故障發(fā)生后系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，電壓降低到不可接受的程度，滑差不斷增大。故障發(fā)生后系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，電壓降低到不可接受的程度，滑差不斷增大。 0123456 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t(s) V(p.u.) 0123456 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 t(s) 滑 差 S 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 仿真分析（續(xù)3） n保持補償度保持補償度15不變，在短路容量不變的情況下將聯(lián)絡(luò)線阻抗參不變，在短路容量不變的情況下將聯(lián)絡(luò)線阻抗參 數(shù)變?yōu)閿?shù)變?yōu)閤/r1:1。 n相同的故障情況下，系統(tǒng)又能夠恢復(fù)穩(wěn)定。相同的故障情況下，系統(tǒng)又能夠恢復(fù)穩(wěn)定。 0123456 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 t(s) V(p.u.) 0123456 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 t(s) 滑差S 第七講并網(wǎng)風(fēng)電場最大接入容量確 定 仿真分析（續(xù)4） n原不穩(wěn)定情況（電容補償量降低為原不穩(wěn)定情況（電容補償量降低為15，網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)x/r3:1，短路，短路 容