山地风电场无功电压控制能力综合评估方法研究

作     者：祖文静 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李勇

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：山地分散式风电场 模型验证 无功电压控制能力 综合评估 电网分区 

摘      要：近年来,低风速地区的风能开发受到了重视。山地分散式风电场是地形复杂低风速区风电开发的主流方式。风电出力的波动性给电网的电压稳定带来诸如电压偏差、电压波动等问题,山地分散式风电场的随机性和间歇性特征更为显著,其并网给电网运行带来更大挑战。风电场具备无功电压控制等电网适应能力,且山地分散式风电场的风电机组具有可观的剩余无功容量,为其参与电网控制与调度带来更多可能。为提高风电并网运行可靠性,促进风电场由被动并网向主动友好并网转变,本文针对山地分散式风电场的无功电压控制能力做了以下研究:首先,分析了永磁直驱型风电机组(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)及风电场的无功电压控制机理,为后续研究工作奠定理论基础。为便于开展PMSG性能与山地分散式风电场并网研究工作,分析了PMSG的详细、简化模型的响应特性。基于DIg SILENT/Power Factory软件平台搭建了实际山地分散式风电场的详细模型,据此研究该风电场的无功电压控制能力。结合我国某地区实际电网拓扑,采用PMSG的简化模型建立了含山地分散式风电并网的配电网测试系统,通过潮流仿真和不同系统间的网架结构、负荷及风电场分布和渗透率等指标评估验证了该系统的有效性和代表性,为配电网与山地分散式风电场并网研究提供测试模型。然后,基于影响风电场无功电压控制能力的因素及其效果,提出了包括功率指标、电能质量指标和调节指标的风电场无功电压控制能力综合评估体系。基于概率统计给评估结果分级,通过组合赋权法给指标赋权进行风电场无功电压控制能力综合评估。同样以实际山地分散式风电场为例,运用所提无功电压控制能力综合评估方法对其进行分析,验证了方法的有效性。该评估方法为风电场次级无功电压控制区域划分提供了依据。最后,提出一种山地分散式风电场无功电压控制区域二次划分方法,结合区域电网的无功电压灵敏度概念,按照层次聚类分析算法划分风电场初级无功电压控制区域,从而实现风电场接入系统的无功就地就近平衡。为了给区域内节点指定风电场优先参与其无功电压控制,基于风电场的无功裕度、无功电压控制能力与风电场无功对各节点电压的影响力提出了风电场无功电压控制区域次级分区指标,通过比较次级分区指标将含有两个及两个以上风电场的初级无功电压控制区域进行二次划分。通过含山地分散式风电并网的测试系统的二次分区验证了该方法的准确性与有效性。