論文：風電場無功功率補償對節(jié)點電壓的影響

論文：風電場無功功率補償對節(jié)點電壓的影響

提示：本文原版含圖表word版全文下載地址附后（正式會員會看到下載地址）。這里只復制粘貼部分內容或目錄（下面顯示的字數(shù)不代表全文字數(shù)）,有任何不清楚的煩請咨詢本站客服。

摘 要：本文建立了風力發(fā)電機組在穩(wěn)態(tài)分析中的計算模型和無功功率補償模型，計算風電場在不同節(jié)點接入電網(wǎng)后，改變無功功率補償容量對電網(wǎng)各節(jié)點電壓的影響。結果表明，隨著風電場無功補償容量的增加，整個電力系統(tǒng)的電壓水平都有所提高，但是風電場附近各節(jié)點電壓有明顯提高，距離風電場較遠的節(jié)點電壓增長緩慢。
關鍵詞：風力發(fā)電；潮流計算；無功補償
The Effect on Node Voltage of Wind Farm Reactive Power Compensation
ZHANG Dan-jie，ZHAO *ue-*i，ZHANG Peng
( Zhongwei Electric Power Supply Bureau, Zhongwei 755000,China)
Abstract:The steady-state model and reactive power compensation model of wind turbine are established. The effect on power sy
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略954字，正式會員可完整閱讀）……　
曲線通過風力發(fā)電機的運行參數(shù)來決定。風力發(fā)電機組輸出特性有三個重要的參數(shù)，即切入風速 、額定風速 和切出風速 。在標準空氣密度下，風電機組的輸出功率與風速之間的關系曲線成為風電機組的標準功率特性曲線[3]，如圖1所示。
圖1 風電機組出力曲線
Fig. 1 The output curve of wind turbine generator
有上圖可知，當風速為已知時，風電機組注入系統(tǒng)的總有功功率可由風速和有功之間的關系曲線得到。風電機組出力可通過分段函數(shù)表達式近似為[2]：
（1）
式中： —— 時刻機組輸出功率；
—— 時刻風速；
——風機額定功率；
、 、 ——分別為風力發(fā)電機組的切入風速、額定風速和切除風速；
、 、 ——分別為風電機組功率特性曲線參數(shù)，風資源特性不同， 、 、 的數(shù)值稍有不同，其表達式如下：
（2）
綜上所述，風電場并網(wǎng)后，因為其輸出功率由風速大小來決定，所以風力發(fā)電機組的輸出具有隨機性。當風電場風力資源比較豐富時，可能會引起過載問題；而當風力資源不足時，就會導致風電場出力不足。
2 風力發(fā)電機的潮流計算模型
實際投入運行的大型風電場中多采用異步發(fā)電機，風力機把感應電機轉子的轉速拖到超過同步轉速，滑差為負值，異步電機在超同步速運行情況下以發(fā)電方式運行，向電網(wǎng)輸送有功功率。同時，異步風力發(fā)電機需要從電網(wǎng)或電容器吸收無功功率提供其建立磁場所需的勵磁電流，另外也為了供應定子和轉子漏磁所消耗的無功功率。需要建立風力發(fā)電機組的有功功率和無功功率的潮流計算模型。
2.1異步風電機組的有功功率特性[3]
風力機把感應電機轉子的轉速拖到超過同步轉速，滑差為負值，異步電機以發(fā)電方式運行，扣除各種損耗之后，轉換為有功功率輸送給電網(wǎng)。異步發(fā)電機的等效電路和功率傳遞關系如圖2所示。自然風吹動風輪機葉片，將風能轉化為機械能，由此獲得的機械功率扣除掉機械損耗后即為傳遞到異步發(fā)電機轉子上的機械功率 ，在等效電路中對應可變電阻 （s為滑差， ）上的功率，在 中扣除轉子銅耗 和鐵芯損耗 ，得到輸入定子繞組的電磁功率 ，再扣除定子銅耗 即得到注入電網(wǎng)的電功率 。
圖2 異步發(fā)電機的等效電路與功率傳遞關系
Fig. 2 Equivalent circuit of induction generator and relation of power transmission
在圖2的等效電路中，忽略定子電阻 ，和鐵心損耗 ，又由于 （ 為勵磁電抗， 為定子電抗），故可將勵磁支路移至電路首端，得到簡化的異步發(fā)電機G型等值電路，如圖3所示。因此，注入電網(wǎng)的功率 就是電磁功率 ，即電阻 上的電功率。

圖3 異步發(fā)電機的簡化等值電路
Fig. 3 Simplified equivalent circuit of induction generation
由圖3所示的電路關系可得：
（3）
式中： 。
由式（3）計算得到滑差s的表達式為：
（4）
由等效電路可見，異步發(fā)電機的功率因數(shù)角 與滑差 的關系為：
（5）
由此可知，異步發(fā)電機的無功功率 與有功功率 之間的關系為：
（6）
一般情況下根據(jù)風電機組的輸出功率特性曲線（風電機組的有功功率與風速的對應關系曲線圖1）和風速與有功輸出之間的函數(shù)關系式（1）計算一定風速下的風電機組輸出的有功功率。
2.2 風電機組無功功率特性
異步風力發(fā)電機運行時需要從電網(wǎng)或電容器吸收無功功率提供建立磁場所需的勵磁電流。由于風電場并網(wǎng)運行會消耗無功功率，對系統(tǒng)的電壓質量產(chǎn)生負面影響有時還會產(chǎn)生諧波、間諧波等問題。
異步發(fā)電機并聯(lián)電容器無功補償?shù)脑硎牵寒惒桨l(fā)電機在向電網(wǎng)輸送有功電流的同時，還要從電網(wǎng)吸取感性無功勵磁電流 ，增加了電網(wǎng)的無功負荷，降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)。當接入并聯(lián)電容器時，輸入電容器的容性電流 和 方向相反，可以抵消一部分感性無功電流，使得異步電機從電源吸收的感性電流減小到 ，總電流由 降低到 ，功率因數(shù)由 提高到 。如圖5所示。
（a）電路圖

（b）向量圖
圖4 并聯(lián)電容器補償器的電路圖和向量圖
Fig. 4 the circuit and vector diagram of shunt capacitor compensator
并聯(lián)電容器是風力發(fā)電無功補償?shù)闹匾O備，可以根據(jù)不同的負荷水平來確定投切電容器的大小，從而達到減少網(wǎng)絡損耗、消除過載和改善電壓分布的效果。在風電場中，電容器組是根據(jù)功率因數(shù)進行投切的。
設補償前的無功容量為 ，風電場容量 ，線路容性充電功率為 ，無功電源為 ，則進行無功補償后電力系統(tǒng)功率因數(shù)為：
（7）
補償前的平均功率因數(shù)為 ，則補償容量可用下述公式計算：
……（未完，全文共7631字，當前僅顯示2680字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文：風電場無功功率補償對節(jié)點電壓的影響》）