含風力發電機組電力系統潮流及穩定分析

□趙 寧 于少鵬

一、引言

電力系統是由發電、變電、輸電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費系統。電力系統需要穩定運行才能保證電網的正常，但是由于外界的干擾或者負荷的變化都會影響電力系統的穩定，從而影響電能的質量。

本文應用電力系統綜合分析軟件對wscc -40 節點含風力發電的電力系統進行了潮流和穩定分析計算，討論了風力發電機組接入電力系統后對系統潮流和穩定的影響，得出分析結果，為系統運行和規劃改造提出參考意見，提高電網運行效率。

二、仿真軟件

電力系統綜合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)有三層結構，第一層是公用數據和模型的資源庫，其中包括電網基礎數據庫、用戶自定義模型庫、固定模型庫、用戶程序庫，用于進行數據和模型建立;第二層是基于資源庫的應用程序包，其中包括:故障分析、穩態分析、機電暫態分析，用于各種計算分析;第三層是計算結果和分析工具，分析計算后生成結果數據庫。

節點的電壓和相角，以及支路的功率損耗、網絡損耗等都可以通過該程序的潮流計算得到，并通過結果來分析電壓越線及過負荷等問題;暫態穩定計算則用于分析系統在受到干擾后恢復穩定的情況，分析影響系統穩定的因素，從而進一步找出提高穩定性的措施。

三、WSCC-40 節點電力系統簡介

WSCC-40 節點含風力發電機組電力系統是在39 節點電力系統基礎上并入2MW 風力發電機組，并根據并入的風力發電機組的特點，觀察其對原電力系統的電壓及潮流的影響，通過增加無功補償和調節母線電壓來維持整個電網的穩定。該系統整個網絡的電壓等級為110Kv，各發電機的電壓等級為6．5 Kv 和10．5 Kv。為了研究的方便，本系統設置了一個平衡節點，即發電機3，該平衡節點的作用是在進行電力系統潮流計算時滿足整個電網的功率平衡和穩定。該電力系統具體構成元件及其連接方式參見圖1。

四、潮流分析

PSASP 在兩種編輯方式下的使用步驟如下:一是輸入電網數據，二是方案定義，三是數據檢查，四是作業定義，五是執行計算，六是報表輸出結果。

(一)基礎數據?；A數據包括母線數據，交流線數據，發電機數據，兩繞組變壓器數據，負荷數據等，部分數據如表1所示。

表1 部分兩繞組變壓器數據

(二)潮流計算。將基礎數據輸入到電力系統綜合分析軟件中，檢查數據無誤后即可進行潮流計算。將電力系統中負荷數據的100%、75%、50%分別進行潮流計算，得到該電力系統的大、中、小負荷潮流計算。

(三)計算結果。大負荷方式潮流分析計算結果包括潮流計算摘要信息報表、結果綜述報表、全網母線(發電)結果報表、全網母線(負荷)結果報表、全網交流線結果報表、全網兩繞組變壓器結果報表等，其中結果綜述報表及其潮流分布圖如圖1。

圖1 大負荷潮流分布圖

將負荷分別降低到75%和50%完成中負荷方式潮流分析計算以及小負荷方式潮流分析計算(計算結果略)。由上述潮流計算分析可知，該電力系統在符合變動時電壓會有波動但是還在維持系統穩定的范圍內。如果電力系統負荷變動較大影響整個電力系統的穩定時，就需要對母線電壓進行調整，如提高起始點母線電壓，增加無功補償裝置等。

表2 結果綜述報表

五、暫態穩定分析計算

(一)單相短路。選擇支路25 為短路線對該系統進行穩態分析，做單相短路結果如下:

直接方式輸出

圖2 全網發電機功角圖

由圖2 可知各發電機功角在系統遇到單相短路后有一些偏離，但經過一段時間后功角重新恢復到新的平衡，整個電力系統恢復穩定狀態。

(二)三相短路。同樣選擇支路25 為短路線進行三相短路穩態分析，做三相短路結果如下:

直接方式輸出

圖3 全網發電機功角圖

由圖3 結果可知該系統對于三相短路故障同樣具有穩定性，但三相短路故障比單相短路故障對電力系統產生的影響較大，發電機功角波動幅度較大。

提高電力系統穩定性的措施有:采用自動勵磁裝置，減小元件電抗即采用分裂導線或串聯電容器;提高電壓等級;采用并聯補償或改變網絡結構等。據了解，在實際運行中，對于一些大的電力系統干擾，采用切除發電機、快速切除故障、切除負荷等控制措施，功角曲線變化不同能使系統暫態穩定性得到提高。

六、結語

本文以39 節點電力系統為基礎加入風力發電機組，建立了簡單的電力系統網絡，討論了整個電網的功率平衡、電壓穩定及暫態穩定。從該電力系統的穩態結果分析來看，該系統具有一定穩定性，對于單相和三相短路故障能較快恢復到平衡。

本文給出了一些提高電力系統電壓穩定性的方法和措施。電源規劃的原則是盡可能地保證功率的平衡，同時考慮到經濟性，不可避免長距離的輸電，因此靜止無功補償是一個重要考量，使系統實現可控的電壓支撐。同時在研究中制約仿真結果正確性的主要因素是負荷模型和實際情況相差較遠，因此下一步的研究方向則是如何建立貼近實際情況的負荷模型，建立完善的事故預案準備，進而提高系統的電壓穩定性。

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