含风电场的连续潮流法研究

张 虹，高 健，苏 欣

(东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012)

近年来由于风力发电技术的发展，风电规模及其在电网中所占的比例迅速扩大，但是由于风电场存在的间歇性和不可调度性等缺点，会对系统造成一系列负面影响．另外由于风电场在运行时需要从电网吸收无功这对电网的电压稳定产生了不利影响［1-2］，而且当风电场节点电压低于某一数值时需将其从系统切除，风电场的这些问题使得它的使用受到了一定的限制．为了充分了解风电场并网对电网电压稳定性的影响，本文在充分研究风电场模型和连续潮流的基础之上，建立了含风电场的连续潮流法．含风电场的连续潮流法的关键在于异步风力机组的处理和连续潮流法中步长控制策略的选取．目前常用风电场常用PQ简化模型，PQ迭代模型或者RX迭代模型［3］;本文采用文献［3］中改进RX模型;对于连续潮流法而言，国内外学者提出了不同的控制策略来提高收敛速度［4-6］．本文通过对连续潮流算法的步长进行改进，能够准确定位风电场的自切时刻，从而保证了电压稳定裕度及其相关信息的准确性．

1 风电场改进RX模型

由于双馈风电机组能够实现有功和无功功率的独立控制［7］，因此本文仅以普通异步机为例．图1为风电场异步发电机稳态等值电路．在计算过程中忽略异步机的机械损耗，因此从理论上看，异步机吸收的机械功率和发出的电磁功率应该相等，也就是说当机械功率和电磁功率的差值小于某一数值时，即可认为二者相等，迭代过程结束．

图1 风力机组异步机等值电路图

由图1及异步发电机的原理可知，异步机发出的有功功率为

风电场吸收的风能为

式中:r2为折算到定子侧的异步机的转子电阻Ω，s为异步机滑差．在潮流计算中综合考虑异步机有功功率特性和无功—电压特性函数，可以得到以下修正方程为

对应风电机组节点i的功率方程为

式中:M为并联运行的等值风电机组台数;Pik为第k台风力机组的有功出力，由风电场风速决定;ε为一个给定的小正数;Δs是异步机的滑差修正量，其计算公式为

公式(8)为潮流计算的收敛判据，运用牛顿—拉夫逊方法进行潮流计算时，只需要修改雅克比矩阵中的对应元素就可，其他元素的表达式无需变化．

2 改进连续潮流算法

含风电场的系统，当风电场节点电压降到一定程度时需将其从系统中切除，以保证系统的电能质量．普通连续潮流的步长控制环节，由于不能够准确追踪到风电场自切动作的发生点，因此导致其计算结果不够准确［8-9］．针对这一问题本文对步长控制环节进行了改进．根据预测环节中得到的风电场自切是否发生的相关信息，自动调节步长，以保证在风电场能够在运行点时发生自切动作，特别是当电网中有多个风电场能够很好的追踪风电场的自切顺序，从而能够反映出系统的真实运行状况，在保证结果正确性的前提下能够有效地提高连续性潮流的计算效率．

对风电场节点，采用合理的步长控制措施，使得预测电压等于风电场自切发生时的出口电压，即满足以下公式

对公式(9)进行变换，即可得出本文采用的风电场步长估计值:

其中:Vlimit表示该风电场保护动作电压;V0表示该风电场出口母线的电压幅值;dV表示预测出的该母线电压幅值的变化率．

3 算例分析

本文以IEEE14节点系统为例，将风电场通过110 kV线路接入系统14号节点上，编号为15号．利用本文的改进RX风电场模型以及连续潮流算法，进行潮流计算其中风电场参数参见文献［10］．计算中忽略尾流效应以及风力机的机械损耗．将风电场节点接到14号节点上，并设风电场的自切电压为0．7 pu．

表1 额定风速下，无功补偿不同时电网的稳定裕度

图2 额定风速下，无功补偿为0．10，风电场节点和14号节点的PV曲线

图3 额定风速下，无功补偿为0．11，风电场节点和14号节点的PV曲线

图4 无功补偿为0．08，风速为10 m·s-1时风电场节点和14号节点的PV曲线

对比表1、2的数据以及图2～图3可以看出，在额定风速下随着无功补偿的增大，电网的稳定裕度逐渐变大;当电网的风电场为设定自切电压时，风电场准时发生自切，切出以后，风电场节点相邻节点电压发生明显波动，在随后的一段时间后，电压趋于稳定，并随着负荷的增大继续恶化．对比图2和图4可以看出，当风电场风速下降时，系统的稳定裕度也随之下降，这主要是由于风电场提供的有功功率在一定程度上支持了电压的稳定性．

4 结 论

本文将改进连续潮流算法用于IEEE14节点系统中，对比风电场不同运行参数下的计算结果．结果表明，风电场在设定的自切电压下准确发生自切，即改进算法能够准确求出风电场的自切时刻，从而保证了相关信息的准确性;并得出了风电场的有功和无功补偿对电压稳定裕度的影响，说明了本文算法的有效性．

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