风力发电机组的并网运行分析研究

《风力发电机组的并网运行分析》研究报告（中期报告初稿）上海电力学院2005年12月目录-I-目录目录............................................................................................................................I第一章绪论..............................................................................................................11.1研究背景.........................................................................................................11.2主要研究内容和研究方法.............................................................................21.3本研究报告内容提要.....................................................................................3第二章风能与风力发电机组......................................................................................52.1引言.................................................................................................................52.2风能资源与风力发电基本特点.....................................................................52.2.1风能资源的基本特点..........................................................................52.2.2风力发电的基本特点..........................................................................62.3主要风力发电机组类型.................................................................................82.3.1鼠笼式感应风力发电机组..................................................................82.3.2交－直－交变频并网同步风力发电机组...........................................92.3.3双馈感应风力发电机组....................................................................102.4风力发电机组基本运行特性研究与对比...................................................102.4.1静态有功特性与稳定极限................................................................102.4.2静态无功特性....................................................................................142.4.3短路电流特性....................................................................................162.5本章小结.......................................................................................................18第三章风力发电并网运行稳态性能研究................................................................193.1引言...............................................................................................................193.2风力发电并网运行的电力系统电压特性...................................................203.2.1概述.....................................................................................................203.2.2实例系统分析....................................................................................203.2.3通用系统模型分析............................................................................44风力发电机组的并网运行分析研究-II-3.3风力发电并网运行对电力系统其他性能的影响........................................603.3.1风力发电对电力系统功率因数的影响.............................................613.3.2风力发电对电力系统网损的影响.....................................................633.4本章小结.......................................................................................................65第四章风力发电并网运行动态性能研究..............................................................674.1引言...............................................................................................................674.2风力发电机组并网过程的动态性能...........................................................674.2.1鼠笼式感应风力发电机组并网动态过程.........................................684.2.2双馈感应风力发电机组并网动态过程.............................................69附录..........................................................................................................................73第一章绪论-1-第一章绪论1.1研究背景风能是一种丰富、清洁和可再生的一次能源，而电力是一种最重要的二次能源。当前，世界各国对于能源安全和环境保护等问题愈来愈重视，风力发电技术作为解决能源和环境问题、满足可持续发展要求的有效和重要手段，得到迅速的发展，成为全球增长最快的能源。据世界风能协会（WWEA）统计，2003年底全球累计风力发电装机容量达39151MW，比2002年底净增7981MW，增长率为26%，2004年底全球累计风力发电装机容量达47616MW，比2003年底净增8465MW，增长率为22%，净增量创历史新高。在我国，风力发电同样得到了广泛关注和快速发展，至2004年末，我国累计风电机组装机1292台，装机容量76.4万kW，与2003年末累计装机56.7万kW相比，2004年累计装机增长率为34.7%，超过全球22%的年增长率。我国全国人大已经通过《可再生能源法》并于2006年1月1日实行，必将极大地推动我国风力发电的发展。风力发电的发展对能源、环境、制造等各个领域带来了新的机遇和挑战，也得到了不同领域人们的关注。对于电力系统，作为一种不同于传统火电、水电或核电的发电型式，风力发电至少有三个新的特点：（1）作为风力发电机组原动机的风力机，其出力受到自然界风速变化的影响，并在本质上不受人们的控制；（2）风力发电采用了各种新型的发电机组，它们与传统发电型式中的同步发电机在运行和控制特性方面有着很大的差异，且风力发电机组单机容量远小于当代火力、水力或核能发电厂中的主流发电机组；（3）风力发电受到风能资源地域性分布的限制，大多位于电网相对薄弱的地区、电网末端、甚至远离现有电网的地区。风力发电机组的并网运行分析研究-2-风力发电的这些新的特点将为其并网运行的电力系统带来许多新的特性和影响，尤其在当前风力发电容量快速增长、局部电网有可能以风力发电为主要电源的情况下，风力发电对电力系统的影响不容忽视。因此，对风力发电并网运行特性的研究是当前电力工作者迫切需要解决的一个课题。1.2主要研究内容和研究方法本研究的主要目的有以下几点：分析各种因素作用下风力发电并网运行对电力系统的影响、研究风力发电最大并网容量的限制性条件、研究并提出改善风力发电并网运行的措施。为此，本研究的主要内容有：（1）研究风能资源的特点，及其对风力发电的基本要求。风能资源虽然是易于变化和不可控制的，但是它也遵循一定的规律，对这些规律的研究和把握是开展与风力发电有关的各类研究的基础；（2）主要风力发电机组类型的对比研究。通过长期的发展，目前形成了几种不同的主流风力发电机组类型，它们的原理、结构、运行特性和对电力系统的影响都是不尽相同的，在开展深入研究之前，有必要对它们的基本特性开展研究和对比；（3）风力发电并网运行稳态性能研究。电压水平是电力系统稳态运行的重要指标，一般认为，风力发电并网运行主要受到电压的制约，所以，本部分的研究重点是风力发电并网运行后电力系统的电压特性，包括不同系统配置和风力发电对电压的影响，以及电压变化对风力发电并网容量的限制。对于在配电网接入系统的风力发电，它将改变局部电网的潮流流向和大小，因此对网损、功率因数等指标有着相应的影响，这也属于本部分的研究内容。本部分研究以风力发电系统静态有功与无功特性为基本依据，主要采用基于潮流的研究方法；（4）风力发电并网运行动态性能研究。风力发电经常处于风速变化的扰动之中，由此引发的动态过程是风力发电的显著特点；此外，由于风力发电采用了新型的发电机，其动态性能也不同于传统的同步发电机，这些因素对电力系统动态性能的影响是本部分研究的重点，主要包括：风力发电并网过程动态、风力发第一章绪论-3-电引起的电压波动和闪变、风力发电系统谐波研究、风力发电在电网故障等暂态过程中的特性及其稳定与控制和风力发电对继电保护系统的影响等。本部分研究在风力发电机组控制原理和动态特性分析的基础上，主要采用时域仿真的研究方法，并采用频域分析等方法作为必要的补充。1.3本研究报告内容提要第一章，绪论；第二章，研究了风能