張 虹，高 健，蘇 欣

(東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林132012)

近年來由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電規(guī)模及其在電網(wǎng)中所占的比例迅速擴(kuò)大，但是由于風(fēng)電場存在的間歇性和不可調(diào)度性等缺點(diǎn)，會對系統(tǒng)造成一系列負(fù)面影響．另外由于風(fēng)電場在運(yùn)行時需要從電網(wǎng)吸收無功這對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定產(chǎn)生了不利影響［1-2］，而且當(dāng)風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)電壓低于某一數(shù)值時需將其從系統(tǒng)切除，風(fēng)電場的這些問題使得它的使用受到了一定的限制．為了充分了解風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響，本文在充分研究風(fēng)電場模型和連續(xù)潮流的基礎(chǔ)之上，建立了含風(fēng)電場的連續(xù)潮流法．含風(fēng)電場的連續(xù)潮流法的關(guān)鍵在于異步風(fēng)力機(jī)組的處理和連續(xù)潮流法中步長控制策略的選取．目前常用風(fēng)電場常用PQ簡化模型，PQ迭代模型或者RX迭代模型［3］;本文采用文獻(xiàn)［3］中改進(jìn)RX模型;對于連續(xù)潮流法而言，國內(nèi)外學(xué)者提出了不同的控制策略來提高收斂速度［4-6］．本文通過對連續(xù)潮流算法的步長進(jìn)行改進(jìn)，能夠準(zhǔn)確定位風(fēng)電場的自切時刻，從而保證了電壓穩(wěn)定裕度及其相關(guān)信息的準(zhǔn)確性．

1 風(fēng)電場改進(jìn)RX模型

由于雙饋風(fēng)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)有功和無功功率的獨(dú)立控制［7］，因此本文僅以普通異步機(jī)為例．圖1為風(fēng)電場異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路．在計(jì)算過程中忽略異步機(jī)的機(jī)械損耗，因此從理論上看，異步機(jī)吸收的機(jī)械功率和發(fā)出的電磁功率應(yīng)該相等，也就是說當(dāng)機(jī)械功率和電磁功率的差值小于某一數(shù)值時，即可認(rèn)為二者相等，迭代過程結(jié)束．

圖1 風(fēng)力機(jī)組異步機(jī)等值電路圖

由圖1及異步發(fā)電機(jī)的原理可知，異步機(jī)發(fā)出的有功功率為

風(fēng)電場吸收的風(fēng)能為

式中:r2為折算到定子側(cè)的異步機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻Ω，s為異步機(jī)滑差．在潮流計(jì)算中綜合考慮異步機(jī)有功功率特性和無功—電壓特性函數(shù)，可以得到以下修正方程為

對應(yīng)風(fēng)電機(jī)組節(jié)點(diǎn)i的功率方程為

式中:M為并聯(lián)運(yùn)行的等值風(fēng)電機(jī)組臺數(shù);Pik為第k臺風(fēng)力機(jī)組的有功出力，由風(fēng)電場風(fēng)速決定;ε為一個給定的小正數(shù);Δs是異步機(jī)的滑差修正量，其計(jì)算公式為

公式(8)為潮流計(jì)算的收斂判據(jù)，運(yùn)用牛頓—拉夫遜方法進(jìn)行潮流計(jì)算時，只需要修改雅克比矩陣中的對應(yīng)元素就可，其他元素的表達(dá)式無需變化．

2 改進(jìn)連續(xù)潮流算法

含風(fēng)電場的系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)電壓降到一定程度時需將其從系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量．普通連續(xù)潮流的步長控制環(huán)節(jié)，由于不能夠準(zhǔn)確追蹤到風(fēng)電場自切動作的發(fā)生點(diǎn)，因此導(dǎo)致其計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確［8-9］．針對這一問題本文對步長控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)．根據(jù)預(yù)測環(huán)節(jié)中得到的風(fēng)電場自切是否發(fā)生的相關(guān)信息，自動調(diào)節(jié)步長，以保證在風(fēng)電場能夠在運(yùn)行點(diǎn)時發(fā)生自切動作，特別是當(dāng)電網(wǎng)中有多個風(fēng)電場能夠很好的追蹤風(fēng)電場的自切順序，從而能夠反映出系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行狀況，在保證結(jié)果正確性的前提下能夠有效地提高連續(xù)性潮流的計(jì)算效率．

對風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)，采用合理的步長控制措施，使得預(yù)測電壓等于風(fēng)電場自切發(fā)生時的出口電壓，即滿足以下公式

對公式(9)進(jìn)行變換，即可得出本文采用的風(fēng)電場步長估計(jì)值:

其中:Vlimit表示該風(fēng)電場保護(hù)動作電壓;V0表示該風(fēng)電場出口母線的電壓幅值;dV表示預(yù)測出的該母線電壓幅值的變化率．

3 算例分析

本文以IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，將風(fēng)電場通過110 kV線路接入系統(tǒng)14號節(jié)點(diǎn)上，編號為15號．利用本文的改進(jìn)RX風(fēng)電場模型以及連續(xù)潮流算法，進(jìn)行潮流計(jì)算其中風(fēng)電場參數(shù)參見文獻(xiàn)［10］．計(jì)算中忽略尾流效應(yīng)以及風(fēng)力機(jī)的機(jī)械損耗．將風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)接到14號節(jié)點(diǎn)上，并設(shè)風(fēng)電場的自切電壓為0．7 pu．

表1 額定風(fēng)速下，無功補(bǔ)償不同時電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度

圖2 額定風(fēng)速下，無功補(bǔ)償為0．10，風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)和14號節(jié)點(diǎn)的PV曲線

圖3 額定風(fēng)速下，無功補(bǔ)償為0．11，風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)和14號節(jié)點(diǎn)的PV曲線

圖4 無功補(bǔ)償為0．08，風(fēng)速為10 m·s-1時風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)和14號節(jié)點(diǎn)的PV曲線

對比表1、2的數(shù)據(jù)以及圖2～圖3可以看出，在額定風(fēng)速下隨著無功補(bǔ)償?shù)脑龃?，電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度逐漸變大;當(dāng)電網(wǎng)的風(fēng)電場為設(shè)定自切電壓時，風(fēng)電場準(zhǔn)時發(fā)生自切，切出以后，風(fēng)電場節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生明顯波動，在隨后的一段時間后，電壓趨于穩(wěn)定，并隨著負(fù)荷的增大繼續(xù)惡化．對比圖2和圖4可以看出，當(dāng)風(fēng)電場風(fēng)速下降時，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度也隨之下降，這主要是由于風(fēng)電場提供的有功功率在一定程度上支持了電壓的穩(wěn)定性．

4 結(jié) 論

本文將改進(jìn)連續(xù)潮流算法用于IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，對比風(fēng)電場不同運(yùn)行參數(shù)下的計(jì)算結(jié)果．結(jié)果表明，風(fēng)電場在設(shè)定的自切電壓下準(zhǔn)確發(fā)生自切，即改進(jìn)算法能夠準(zhǔn)確求出風(fēng)電場的自切時刻，從而保證了相關(guān)信息的準(zhǔn)確性;并得出了風(fēng)電場的有功和無功補(bǔ)償對電壓穩(wěn)定裕度的影響，說明了本文算法的有效性．

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