近年来风电迅速发展,与常规水电、火电相比,风电机组运行存在以下两个特点:
1、无功调节能力不强,如恒速恒频异步风机(简称“常规异步风机”)在任何运行方式下均不能向系统提供动态无功支撑,仅能通过电容器投切,调整其等效功率因数接近1.0;变速恒频双馈异步风机(简称“双馈风机”)能提供一定动态无功支持,但通常采用恒定无功控制方式,其无功调节能力有限(国网励磁相关标准明确规定,常规火电机组必须运行在恒定定子电压控制,禁止恒定无功控制方式)。
2、有功出力随风速变化而随机波动。一方面,风电场有功波动引起沿线无功损耗变化,导致系统电压波动,且难以控制;另一方面,其潮流波动对同一送电通道上的常规火电机组而言,相当于扰动源,可能引发低频振荡。
目前在一般情况下,风电机组的低电压穿越功能模块大都没有投入,且风电机组的电力电子设备所设置的保护门槛比较灵敏,在电网发生扰动时可能由于非线性保护动作而导致风机自动脱网。若出现大容量风机脱网,引起系统过电压,可能导致常规火电机组深度进相,甚至导致励磁系统低励限制动作,控制切换为恒定无功控制,一些AVR的PSS功能被屏蔽,系统静态、动态稳定水平显著降低,可能引起系统振荡事故。
因此,大规模风电接入后,将导致电网运行特性发生变化,引起电网规划、设计、生产、运行等部门的广泛关注。
本书从风电运行调研及发展规划、风电仿真、大规模风电接入后电网安全稳定研究、风电并网运行管理等方面,开展电网风电并网运行研究。主要技术创新点如下:
(1) 国内首次建立了包括DIGSILENT、 PSS/E、BPA和PSASP等程序的综合风电仿真分析平台,用于进行不同类型风机特性仿真和风电接入后电网稳定性研究,形成具有自主知识产权的发明专利《一种发电机低电压保持并网的测量方法和系统》;
(2) 在风电场调研的基础上,通过计算分析、比较论证,选择确定华北电网风电小扰动及短路试验方案,成功进行了现场工业试验,形成风电参数测试试验方法;
(3) 国内首次根据现场实测数据,用风电仿真分析平台进行对比仿真分析,提出华北电网双馈风机关键模型参数及保护特性参数,为更准确开展电网稳定计算分析和采取措施提供了技术保证,其中由试验得到的不同厂家风电机组低电压穿越特性为《华北电网风电接入系统技术规定》修编提供技术依据;
(4) 华北首次用风电实测模型参数及保护特性参数开展风、火电混合远距离送电及大规模风电接入后地区电网稳定性研究,得到稳定控制极限和严重故障安全自动装置策略,用于指导电网规划建设、生产运行。