[發明專利]一種針對風電場及電鐵交互影響的分析方法

有效

• 申請號: 201410656470.3
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104319817A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 李慶生;鄧樸;皮顯松;王豐元;崔若涵;趙慶明;陳紅坤
• 申請（專利權）人: 貴州電網公司電網規劃研究中心
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

技術領域

本發明屬于電網規劃設計技術領域，尤其涉及一種針對風電場及電鐵交互影響的分析方法。

背景技術

由于風能具有隨機波動性和間歇性的特點，隨著風力發電的大規模開發，風電對電網規劃、運行與控制等帶來巨大挑戰，研究和解決風電的有關問題已經成為國內外電力行業的新熱點。雙饋式感應發電機在所有的風電機組機型之中應用最為廣泛，主要是由于它使用了靈活的交流勵磁調速，轉速隨著外界的變化響應迅速且變化范圍較寬，能夠快速跟蹤外界風速的變化從而獲得最佳的運行轉速和獲得極高的風能捕捉效率。同時，雙饋式感應發電機的變流器容量僅為風電機組額定容量的30%左右，它的功率控制能力十分靈活，成本較低。

大規模非線性高鐵負荷接入電網后，主要會對電網產生功率的沖擊、電壓波動和閃變、電網三相不對稱以及諧波的影響。高鐵負荷本身的不對稱性會加大系統三相不平衡；產生的無功功率沖擊會使得電網產生電壓波動和閃變；產生的有功功率沖擊會影響系統頻率變化以及改變發電機轉子轉速；產生的諧波會對電網中的電氣設備（發電機、變壓器、電容器組等）產生一定的影響，從而加大電網的運行與控制的難度，嚴重惡化電網的電能質量，降低電網用電設備的安全穩定運行，影響當地居民的用電質量。

隨著近年來電氣化鐵路和風電場的共同并網運行情況增多，電氣化鐵路牽引負荷產生的三相電壓不平衡和電壓跌落對風電機組的穩定運行提出了嚴峻考驗，甚至有可能造成風電機組失穩，嚴重影響電網的安全穩定運行。當電氣化鐵路接入系統后，造成的電網電壓不平衡會使得風電場機端電壓引入負序電壓，造成控制系統正常工作的約束條件被打破，對風電機組的運行產生不利影響；引起的電壓跌落會造成雙饋式風力發電機組的定子端電壓的迅速跌落，從而導致發電機內部劇烈的電磁暫態過程。而風電場由于受到風速的波動性影響，出力也呈現出波動性，也會引起接入電網的電氣化鐵路牽引負荷高壓母線電壓和電流波動，影響電氣化鐵路的供電可靠性。

發明內容

本發明要解決的技術問題：?提供一種針對風電場及電鐵交互影響的分析方法，以解決現有技術電氣化鐵路和風電場的共同并網運行存在的電氣化鐵路牽引負荷產生的三相電壓不平衡和電壓跌落可能造成風電機組失穩，嚴重影響電網的安全穩定運行和影響電氣化鐵路的供電可靠性等問題。

本發明技術方案：

一種針對風電場及電鐵交互影響的分析方法，它包括下述步驟：

步驟1、根據電氣化鐵路負荷特點，建立含高鐵和普鐵的數學機理模型，根據典型雙饋風力發電機數學公式，將多臺風機等效為某一等值參數????????????????????????????????????????????????的單臺風機，建立風電場系統等值模型如下：

式中：、、分別為風電場中第i臺風機容量、掃風面積和風能利用系數；

風電機組的其它參數等值，引入加權系數，

風電場等值成單臺風電機組的某一等值參數根據公式得出；

步驟2、根據步驟1建立的風電場系統等值模型，建立電鐵負荷引起的電網電壓不平衡對風電機組運行特性數學分析模型：

式中為正序同步旋轉坐標變換矩陣，為電網瞬時電壓變換到dq同步旋轉坐標系下的電壓值，為兩相靜止坐標變換矩陣，為直流母線電壓，為直流電容電流，p為正序分量，n為負序分量；

步驟3、根據步驟1建立的風電場系統等值模型，建立電鐵負荷引起的電壓跌落對風電機組影響的數學仿真模型，?該模型包含以下部分：

發電機的電磁轉矩與定子磁鏈分析模型：

其中，為雙饋電機的極對數，定子磁鏈，為轉子q軸電流，及分別為勵磁及定子電感

發電機定子輸出有功功率、無功功率分析模型：

其中，電磁轉矩，為定子電壓，為定子旋轉電角速度

發電機轉子運動分析模型：

其中，為機械轉矩，代表轉子旋轉電角速度；

步驟4、利用電力機車模型，結合步驟1所建立的風電場系統等值模型，分析風電場風速變化對電鐵負荷影響；

步驟5、利用步驟1-3建立的模型，對電鐵負荷引起的電網電壓不平衡對風電機組運行影響、電鐵負荷引起的電壓跌落對風電機組影響進行分析。

步驟1所述的風電場系統等值模型還包括：風電場等值阻抗參數

,

其中分別為定子阻抗、轉子阻抗和勵磁阻抗，、、分別為等效模型的定子阻抗、轉子阻抗和勵磁阻抗。