含有大型風(fēng)電廠地區(qū)的負荷建模研究

1、含有大型風(fēng)電廠地區(qū)的負荷建模研究摘要： 面對能源日益短缺的現(xiàn)實，風(fēng)能作為一種新型能源必將獲得廣闊的發(fā)展的空間。但是大量的風(fēng)電電源的發(fā)展也會給已有電網(wǎng)產(chǎn)生一些影響，本文闡述了含有大量風(fēng)電電源的負荷建模問題。本文采用了傳統(tǒng)的負荷模型和風(fēng)力發(fā)電機模型，分析了含有異步發(fā)電機群負荷的建模策略和過程。關(guān)鍵詞：風(fēng)電、異步發(fā)電機、負荷模型0引言 目前，伴隨著煤、燃油等一次性資源的消耗殆盡和水資源等傳統(tǒng)的可在生能源開發(fā)的完成，傳統(tǒng)能源逐漸失去了發(fā)展?jié)摿?。在電力負荷日益增長的需求下，風(fēng)電能新能源呈現(xiàn)強勁的發(fā)展勢頭。歐洲風(fēng)電一直保持著高速發(fā)展，預(yù)計到2010年，風(fēng)電裝機容量將達到4000萬千瓦，2030年可達到10

2、000萬千瓦。德國計劃到2010年風(fēng)電占總發(fā)電量的4.2%，2050年占50%，丹麥規(guī)劃到2030年風(fēng)電占45%。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會發(fā)表的一項國際能源研究報告表明,風(fēng)力發(fā)電到2020年可提供全球電力需求的10%。 由于風(fēng)電機組呈現(xiàn)出和傳統(tǒng)的火電機組與水電機組的動態(tài)特性，在潮流分析、穩(wěn)定計算時應(yīng)當單獨考慮這類特殊的電源。本文的研究內(nèi)容主要針對當負荷中包含相當?shù)娘L(fēng)電機組時的建模方式。1傳統(tǒng)負荷的建模方式傳統(tǒng)意義的負荷指，某變電站母線下的負荷是純負荷，而不含有地方小電源。這類負荷的建模方法已經(jīng)很成熟1，結(jié)果已經(jīng)用于實踐生產(chǎn)。傳統(tǒng)負荷的建模過程中，一般選擇負荷模型接在變電站主變的低壓側(cè)，這樣能較好的反映負

3、荷的實際特性。負荷模型一般選擇三階機電暫態(tài)模型，該模型忽略了定子繞組的電磁暫態(tài)過程2。因為一般來說，感應(yīng)電動機定子繞組的暫態(tài)過程比轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)要快得多，更比電力系統(tǒng)暫態(tài)過程快得多。就感應(yīng)電動機對電力系統(tǒng)的影響而言，是否計及定子的暫態(tài)影響不大，故而采用忽略定子暫態(tài)過程的三階機電暫態(tài)模型3。電動機三階機電暫態(tài)模型狀態(tài)方程如下： (1) (2) (3) 電磁力矩方程為： (4)機械力矩方程為： (5)以上各式中： (6) (7) (8) (9) (10)其中參數(shù)為：為轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，為定子電阻，為定子電抗，為轉(zhuǎn)子電抗，為轉(zhuǎn)子電阻，是定轉(zhuǎn)子互感抗，為轉(zhuǎn)子不動時短路電抗，為轉(zhuǎn)子開路電抗，是定子開

4、路轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)，為異步電動機負荷率系數(shù)，A，B，C為機械轉(zhuǎn)矩系數(shù)。上述變量和參數(shù)都是異步電動機自身容量基值下的標么值。根據(jù)以上模型，確定初始化方法，解狀態(tài)方程，再加以合適的優(yōu)化方法就可以根據(jù)負荷的擾動數(shù)據(jù)的到負荷模型參數(shù)5。2風(fēng)力發(fā)電機模型這里以最常用的雙饋發(fā)電機為例，雙饋感應(yīng)式發(fā)電機本質(zhì)上還是異步發(fā)電機，與異步發(fā)電機建模相類似在dq坐標中建立雙饋發(fā)電機的模型。用于同步發(fā)電機建模的dq坐標是隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的，而用于異步發(fā)電機建模的dq坐標是以同步速在空間旋轉(zhuǎn)，q軸超前d軸90°，同時定義發(fā)電機吸收有功功率為正方向。限于篇幅，本文省略了模型的推導(dǎo)過程，僅將最終模型表述如下： (11)

5、其中：vds，vqs分別為發(fā)電機端口電壓的d，q軸分量；ids，iqs分別為發(fā)電機定子注入電流的d，q軸分量；Rs 為定子電阻； 分別為定子磁鏈的d，q軸分量；為同步轉(zhuǎn)速；vdr，vqr分別為轉(zhuǎn)子電壓的d，q軸分量；idr，iqr分別為轉(zhuǎn)子電流的d，q軸分量；分別為轉(zhuǎn)子磁鏈的d，q軸分量；s 為轉(zhuǎn)子滑差；Rr 為轉(zhuǎn)子電阻；Ls為定子漏感；Lm為定子和轉(zhuǎn)子之間的互感；Lr為轉(zhuǎn)子的漏感；其中：，為暫態(tài)電抗后電勢在d軸和q軸的分量；Xs為定子電抗；為定子暫態(tài)電抗；為開路時間常數(shù)。3負荷模型建立策略 一般當小電源容量占到負荷總?cè)萘康?0以上，在負荷母線處測得的擾動信號將會和負荷特性出現(xiàn)較大的偏移，因為

6、該擾動是有負荷特性和小電源特性耦合而成的，并不能很準確的表現(xiàn)負荷的動態(tài)特性。此時若采用傳統(tǒng)的負荷建模方式，得到的負荷參數(shù)是不能反映負荷本質(zhì)的。為了研究風(fēng)力發(fā)電機對負荷建模的影響，本文作如下假設(shè)：（1）當?shù)仫L(fēng)力發(fā)電機容量已經(jīng)占到負荷總?cè)萘康?0%以上；（2）該負荷中不含有除風(fēng)電以外的其他電源?；谝陨霞僭O(shè)，我們引用如圖1所示的廣義負荷模型建立含有大量風(fēng)電的負荷模型。到目前為止，我們面臨的主要困難是如何將耦合的擾動信號分解成為純負荷的擾動特性和發(fā)電機的擾動特性。如果能做到這一點問題將轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的負荷建模工作。圖1 廣義負荷模型對于該模型我們確定模型建立的步驟如下：（1）根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)中異步發(fā)電機參數(shù)

7、和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)情況，采用理論等值方法確定等值發(fā)電機的參數(shù)，其中單臺異步發(fā)電機的參數(shù)由統(tǒng)計獲得。（2）根據(jù)負荷母線的測量電壓以及等值發(fā)電機參數(shù)，運用式（11）所示的異步發(fā)電機模型計算異步發(fā)電機等值支路功率的動態(tài)響應(yīng)。（3）從總功率中扣除等值異步發(fā)電機支路電流后獲得純負荷（包括等值電動機和靜態(tài)負荷）的功率。（4）根據(jù)負荷母線測量電壓以及純負荷的電流數(shù)據(jù)，辨識得到等值電動機和靜態(tài)負荷的參數(shù)。4結(jié)語本文根據(jù)風(fēng)電等新能源電源的大量出現(xiàn)，考慮了當某地區(qū)負荷含有大量風(fēng)電的情況的負荷模型建立策略。采用統(tǒng)計等值的方式，建立的風(fēng)電機群的等值模型。由此對負荷母線上的擾動進行接耦，得到精確的負荷參數(shù)。參考文獻1 張東霞，

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