風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響研究

引言

我國在可持續(xù)發(fā)展道路上,著重開發(fā)可再生資源是滿足當前電力需求供應的主要渠道,風力發(fā)電便是其中之一。依據(jù)風力發(fā)電控制系統(tǒng)工作原理,風速大小的變化,對產(chǎn)電量具有一定影響,隨著風速的增加,產(chǎn)電量逐漸增多。雖然風速增加,對產(chǎn)電量的提升有所幫助,但是對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是否會造成影響尚未明確,本文將對此展開研究。

1變速風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)

變速風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子相當于緩沖器,風速與發(fā)電量之間并不存在直接聯(lián)系,而是通過相關(guān)參數(shù)分析與計算,獲取兩者之間的關(guān)系。圖1所示為變速風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖。

通過分析單機機械能,采用累計法,計算機械能數(shù)值。與此同時,引入發(fā)電機特性,構(gòu)建發(fā)電機模型,通過與電網(wǎng)模型交換輸出功率、無功功率、電壓、頻率參數(shù),完善發(fā)電機模型。依據(jù)該模型結(jié)構(gòu),可以探究風力發(fā)電機穩(wěn)態(tài)特性,為電機穩(wěn)態(tài)研究奠定理論基礎(chǔ)。

2變速風力發(fā)電機穩(wěn)態(tài)分析與參數(shù)計算

風速由風力傳感器測得,端電壓數(shù)值通過電壓測量儀器讀取,通過觀察風力發(fā)電機運行操控計算機可以讀取輸出功率P、無功功率O的計算,可以利用其與輸出功率之間的關(guān)系,

測得轉(zhuǎn)角大小,計算公式如下:

當電機處于正常運行狀態(tài)時,無功功率數(shù)值為零,即Q=0。

3風電機組對電力系統(tǒng)的影響研究

本文以系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)損耗兩個參數(shù)為例,探究風電機組對電力系統(tǒng)的影響。此次研究選取風速作為變量,通過改變風速大小,測量并計算系統(tǒng)電壓、輸出功率、無功功率、系統(tǒng)總功率、系統(tǒng)損耗、風機機組出力、損耗率等參數(shù),為系統(tǒng)影響分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文以33節(jié)點電網(wǎng)系統(tǒng)為例,分析風電機組接入系統(tǒng)后對系統(tǒng)運行情況造成的影響,圖2為節(jié)點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布設(shè)圖。

圖2中安裝4個變壓器,記為T1、T2、T3、T4,額定參數(shù)值為12.66/0.69kV、1.2MVA,按照如圖2所示方案布設(shè)于33個節(jié)點中,并將變速風力發(fā)電機安裝于A-1和A-2所示位置,通過調(diào)節(jié)風速大小,計算各項參數(shù),判斷系統(tǒng)電壓和功率損耗變化情況,掌握風速與電力系統(tǒng)之間的關(guān)系。

3.2風速類型設(shè)計

為深入探究電力系統(tǒng)受風電機組的影響,本次實驗研究設(shè)定4種風速類型,通過改變風速類型,判斷風電機組在電力系統(tǒng)作用力中的變化大小,從而判斷電力系統(tǒng)作業(yè)所受影響。

類型1:將機組風速設(shè)置為切入風速,該風速模式中的風電機組未進入作業(yè)狀態(tài),測得機組作用力為零。類型2:將風機風速設(shè)置為低風速,該風速模式中的風電機組處于特定值情況下的作業(yè)狀態(tài),此時參數(shù)O/=0,測得系統(tǒng)中的負荷量為基本負荷。類型3:將風機風速設(shè)置為高風速,該風速模式中的風電機組同樣處于特定值情況下的作業(yè)狀態(tài),此時參數(shù)O/=0,測得系統(tǒng)中的負荷量為基本負荷[4]。類型4:該風速類型與類型3相似,但是系統(tǒng)負荷量偏低,僅占據(jù)基本負荷的30%。其中,類型1中的風機未投入運行,其他3種類型風機風速處于額定風速與切入風速數(shù)值之間。

3.3不同類型風速下的電力系統(tǒng)影響研究

3.3.1電力系統(tǒng)電壓

分別測試以上4種類型風速模式下的系統(tǒng)電壓、輸出功率P,無功功率O,通過觀察測試結(jié)果,分析風速對電力系統(tǒng)運行的影響。表1所示為不同風速模式下的電力系統(tǒng)運行參數(shù)測試結(jié)果統(tǒng)計表。

表1中,4種風速模式下的電力系統(tǒng)作業(yè)過程中的無功功率均為0,隨著風速的增加,輸出功率和電壓數(shù)值逐漸增加。因此,風機作業(yè)風速的大小,對電力系統(tǒng)輸出功率和電壓具有一定影響,且存在正相關(guān)關(guān)系。另外,類型3和類型4兩種情況,基本負荷量不同時,輸出功率相同,但是電壓值存在差異,隨著基本負荷的減少,電壓值有所提升。所以,在風機風速不變情況下,改變基本負荷,對電力系統(tǒng)工作電壓也有一定影響,且存在負相關(guān)關(guān)系。

3.3.2系統(tǒng)損耗

本文以系統(tǒng)損耗作為整個電力系統(tǒng)受風機影響的分析指標,通過觀察系統(tǒng)總功率、系統(tǒng)損耗、風機機組出力數(shù)值變化情況,計算系統(tǒng)損耗大小,得出相應結(jié)論。表2所示為系統(tǒng)風機有功損耗計算結(jié)果統(tǒng)計表。

表2中,類型1、類型2、類型3風速控制下產(chǎn)生的系統(tǒng)總功率相等,均為4.7162Mw,類型4系統(tǒng)總功率下降幅度較大,僅有1.4230Mw。隨著風速的提升,系統(tǒng)損耗逐漸減小,雖然類型3和類型4風速一致,均為高速,風機機組出力大小均為3.2876Mw,但是類型4的基本負荷偏低,造成的損耗量有所降低,損耗率變化規(guī)律與之相反,提高了大約一倍。4種風速類型中,損耗率最低的是類型3,損耗率為3.23%,對電力系統(tǒng)運行造成的影響最小,可以作為系統(tǒng)操控參考依據(jù)。

4結(jié)語

本文圍繞風力發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài)受風力發(fā)電機的影響展開研究,通過分析變速風力發(fā)電機結(jié)構(gòu),探究電機穩(wěn)態(tài)特性及系統(tǒng)各項參數(shù)計算方法。以33節(jié)點電網(wǎng)系統(tǒng)為例,選取系統(tǒng)電壓和損耗率作為研究指標,分析風電機組接入系統(tǒng)后對系統(tǒng)運行情況造成的影響。測量結(jié)果表明,高風速狀態(tài)下,電力系統(tǒng)輸出功率和電壓偏高,損耗率較低,且容易受基本負荷的影響。