风力发电对电力系统的影响研究

引言

我国在可持续发展道路上,着重开发可再生资源是满足当前电力需求供应的主要渠道,风力发电便是其中之一。依据风力发电控制系统工作原理,风速大小的变化,对产电量具有一定影响,随着风速的增加,产电量逐渐增多。虽然风速增加,对产电量的提升有所帮助,但是对电力系统的稳定运行是否会造成影响尚未明确,本文将对此展开研究。

1变速风力发电机结构

变速风力发电机结构中的转子相当于缓冲器,风速与发电量之间并不存在直接联系,而是通过相关参数分析与计算,获取两者之间的关系。图1所示为变速风力发电机结构图。

通过分析单机机械能,采用累计法,计算机械能数值。与此同时,引入发电机特性,构建发电机模型,通过与电网模型交换输出功率、无功功率、电压、频率参数,完善发电机模型。依据该模型结构,可以探究风力发电机稳态特性,为电机稳态研究奠定理论基础。

2变速风力发电机稳态分析与参数计算

风速由风力传感器测得,端电压数值通过电压测量仪器读取,通过观察风力发电机运行操控计算机可以读取输出功率P、无功功率O的计算,可以利用其与输出功率之间的关系,

测得转角大小,计算公式如下:

当电机处于正常运行状态时,无功功率数值为零,即Q=0。

3风电机组对电力系统的影响研究

本文以系统电压和系统损耗两个参数为例,探究风电机组对电力系统的影响。此次研究选取风速作为变量,通过改变风速大小,测量并计算系统电压、输出功率、无功功率、系统总功率、系统损耗、风机机组出力、损耗率等参数,为系统影响分析提供数据支撑。

3.1测试系统结构设计

本文以33节点电网系统为例,分析风电机组接入系统后对系统运行情况造成的影响,图2为节点系统结构布设图。

图2中安装4个变压器,记为T1、T2、T3、T4,额定参数值为12.66/0.69kV、1.2MVA,按照如图2所示方案布设于33个节点中,并将变速风力发电机安装于A-1和A-2所示位置,通过调节风速大小,计算各项参数,判断系统电压和功率损耗变化情况,掌握风速与电力系统之间的关系。

3.2风速类型设计

为深入探究电力系统受风电机组的影响,本次实验研究设定4种风速类型,通过改变风速类型,判断风电机组在电力系统作用力中的变化大小,从而判断电力系统作业所受影响。

类型1:将机组风速设置为切入风速,该风速模式中的风电机组未进入作业状态,测得机组作用力为零。类型2:将风机风速设置为低风速,该风速模式中的风电机组处于特定值情况下的作业状态,此时参数O/=0,测得系统中的负荷量为基本负荷。类型3:将风机风速设置为高风速,该风速模式中的风电机组同样处于特定值情况下的作业状态,此时参数O/=0,测得系统中的负荷量为基本负荷[4]。类型4:该风速类型与类型3相似,但是系统负荷量偏低,仅占据基本负荷的30%。其中,类型1中的风机未投入运行,其他3种类型风机风速处于额定风速与切入风速数值之间。

3.3不同类型风速下的电力系统影响研究

3.3.1电力系统电压

分别测试以上4种类型风速模式下的系统电压、输出功率P,无功功率O,通过观察测试结果,分析风速对电力系统运行的影响。表1所示为不同风速模式下的电力系统运行参数测试结果统计表。

表1中,4种风速模式下的电力系统作业过程中的无功功率均为0,随着风速的增加,输出功率和电压数值逐渐增加。因此,风机作业风速的大小,对电力系统输出功率和电压具有一定影响,且存在正相关关系。另外,类型3和类型4两种情况,基本负荷量不同时,输出功率相同,但是电压值存在差异,随着基本负荷的减少,电压值有所提升。所以,在风机风速不变情况下,改变基本负荷,对电力系统工作电压也有一定影响,且存在负相关关系。

3.3.2系统损耗

本文以系统损耗作为整个电力系统受风机影响的分析指标,通过观察系统总功率、系统损耗、风机机组出力数值变化情况,计算系统损耗大小,得出相应结论。表2所示为系统风机有功损耗计算结果统计表。

表2中,类型1、类型2、类型3风速控制下产生的系统总功率相等,均为4.7162Mw,类型4系统总功率下降幅度较大,仅有1.4230Mw。随着风速的提升,系统损耗逐渐减小,虽然类型3和类型4风速一致,均为高速,风机机组出力大小均为3.2876Mw,但是类型4的基本负荷偏低,造成的损耗量有所降低,损耗率变化规律与之相反,提高了大约一倍。4种风速类型中,损耗率最低的是类型3,损耗率为3.23%,对电力系统运行造成的影响最小,可以作为系统操控参考依据。

4结语

本文围绕风力发电系统运行状态受风力发电机的影响展开研究,通过分析变速风力发电机结构,探究电机稳态特性及系统各项参数计算方法。以33节点电网系统为例,选取系统电压和损耗率作为研究指标,分析风电机组接入系统后对系统运行情况造成的影响。测量结果表明,高风速状态下,电力系统输出功率和电压偏高,损耗率较低,且容易受基本负荷的影响。