[發明專利]一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法

有效

• 申請號: 201210042936.1
• 申請日: 2012-02-23
• 公開（公告）號: CN102593865A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 董明會;楊國生;周澤昕;周春霞;杜丁香;詹榮榮;詹智華;李明;李巖軍;李仲青
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及電力系統物理仿真模擬領域，具體涉及一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法。

背景技術

近年來，在我國可再生能源發電領域，風力發電得到了迅速發展。根據規劃，到2020年風電達到10000萬千瓦裝機規模，將建設多個“千萬千瓦級的風電基地”，風電整體呈現大規模、遠距離、高電壓、集中接入的特點。我國的風力資源非常豐富，實際可供開發的陸地風能資源總儲量有2.53億千瓦，風力發電已成為我國能源政策支持的重要發展方向。

在風電裝機比例較大的區域電網中，風電的大規模接入改變了電網原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個系統的慣量，因此風電接入后電網的暫態穩定性會發生變化。風電場接入電力系統后原有同步發電機組之間的暫態功角穩定性與接入前相比的變化情況取決于電網拓撲結構、電網運行方式及所采用的風電機組技術，風電的接入有可能惡化電網暫態穩定性，應視具體情況采取應對措施，確保電網安全穩定。

風電動態模擬技術是開展電網控制保護試驗研究和參數驗證的重要手段，它可以模擬和驗證電網中風電設備對控制保護系統的影響。為更好的適應我國可再生能源發展，提高電網接納可再生能源的能力，確保繼電保護技術能夠適應可再生能源大規模接入的電網，使用風電動態模擬技術來研究電網保護裝置的適應性及改進措施，是行之有效的方法。

對于變速風電機組而言，由于其控制系統的控制作用使得變速風電機組轉速與電網頻率完全解耦，致使在電網頻率發生改變時機組無法對電網提供頻率響應，使之整個電網慣量降低。此時，如果在電網中發生功率缺額時，電網頻率降低的變化率會較高、頻率跌落的幅度也較大，不利于電網的頻率穩定。另外，風電機組的大規模脫網會導致系統頻率的大幅波動。

使用風電動態模擬技術來研究電網保護裝置的適應性及改進措施，是最有效的方法。它可以模擬風電設備的運行特性、暫態特性以及對系統的影響，為繼電保護與安全控制系統的設計與配置提供技術依據，提高電網接納可再生能源的能力。

發明內容

本發明提供一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法，動態模擬系統模擬不同的風電接入電網，對模擬系統的穩定性、可靠性及其故障特性進行研究，根據真實風場運行特性模擬風力機的運行，該模擬方法簡單可靠，實用性較強，為分析風電接入電網系統的保護性能提供科學依據，有利于電網系統的安全，并且能夠降低大規模可再生能源并網的運行風險。

為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種風電接入電網的動態模擬系統，所述模擬系統包括風電模擬單元、線路模擬單元、發電機模擬單元和電網模擬單元，所述風電模擬單元和發電機模擬單元分別通過線路模擬單元連接所述電網模擬單元，所述線路模擬單元包括故障模擬單元和線路開關。

所述風電模擬單元包括雙饋型風電模擬單元和直驅型風電模擬單元。

所述雙饋型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、雙饋型發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。

所述直驅型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、永磁同步發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。

所述線路模擬單元包括電流互感器、電壓互感器和限流電阻。

所述發電機模擬單元包括水輪機模擬控制器/汽輪機模擬控制器、原動機、升壓變壓器、并網開關、電流互感器、電壓互感器和勵磁裝置。

所述汽輪發電機是隱極機，所述水輪發電機是凸極機。

所述故障模擬單元包括故障位置開關、故障開關和選相開關。

所述動態模擬系統模擬風電接入電網的運行特征和故障特征。

所述故障模擬單元設置模擬故障點，所述動態模擬系統在所述模擬故障點處模擬電網中發生的電氣故障。

所述電氣故障包括單相接地故障、相間短路故障、兩相接地故障、三相短路故障和三相接地故障。

一種風電接入電網的動態模擬方法，所述動態模擬方法包括如下步驟：

(1)選擇接入的電網規模和線路長度；

(2)選擇接入風電機組的類型；

(3)將風電機組接入所選的電網單元；

(4)確定所述模擬故障點的數量和位置；

(5)將相應的故障模擬單元接入所述動態模擬系統；

(6)將被試設備接入所述動態模擬系統的相應位置；

(7)根據要模擬風電場特征生成模擬風力機的運行數據；

(8)根據試驗目的制定試驗方案并確定實驗步驟；

(9)運行所述動態模擬系統。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：