[发明专利]一种大规模风电集中接入电网的系统仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的模拟与计算领域，以及可再生能源发电领域，具体涉及一种大规 模风电集中接入电网的系统仿真方法。

背景技术

国外一些电力系统分析工具较早实现了风力发电机组的模拟，如PSS/E，DigSIlent等。 国内长期以来缺少具有相应功能的计算工具，通过“十一五”期间风电机组建模研究，国内 基本形成了实用的风电机组模型，并在软件中实现。但是，由于风电机类型较多，生产厂家 众多，控制逻辑差别较大，目前国内外软件的风电机组建模工作对各类风电机组的覆盖均不 够全面，对低电压穿越等新技术还缺乏准确模拟。

间歇性的风电可再生能源大规模并网后，由于其随机性和波动性，会引起电力系统运行 模式发生较大的变化。比如旋转备用率，系统的调峰、调频服务安排等。另一方面，由于可 再生能源自身的电力生产特点，大规模接入后也会对系统特性造成影响。比如，用风电大规 模替代部分同步发电机组，系统的频率特性会发生变化。目前，多个风电装机比例较高的国 家已经开始关注风电接入对电网频率稳定的影响。对于变速风电机组而言，由于其控制系统 的控制作用使得变速风电机组转速与电网频率完全解耦，致使在电网频率发生改变时机组无 法对电网提供频率响应，因此在电网频率改变时基于双馈电机的变速风电机组固有的惯量对 电网表现成为一个“隐含惯量”，因此相应带来整个电网惯量的降低，在电网中发生功率缺额 时，电网频率降低的变化率较高、频率跌落的幅度较大，不利于电网的频率稳定。因此，有 必要深入分析可再生能源大规模接入后的系统有功、无功、频率、电压等动态特性的变化。 国外的可再生能源发电目前的主流并网方式是分散式接入，而我国的可再生能源发电具有大 规模集中接入、高电压远距离外送的特点。所以，关于可再生能源发电集中接入下的系统运 行特性研究，基本上没有国外经验可以借鉴。

间歇式可再生能源大规模并网后，会给系统的运行控制增加难度。以风电为例，美国、 德国、丹麦等国家，风电开发及并网运行较早，在风电场内部有功、无功控制理论以及装置 研发等方面做了大量工作，取得了一定成绩。另外，并网运行后还在系统控制中心层面深入 开展了针对风电的有功、无功自动控制以及调度技术的研发。

在电网扰动期间，可再生电源需要和电网进行协调配合，支撑电网安全。国外虽在支撑 电网安全的可再生电源控制、保护等方面做了大量工作，取得了一定成果，但仍发生了电网 故障时风电机组大面积脱网和无序并网的案例，如欧洲11.4大停电。作为环保能源，欧洲多 数国家政府立法确保风电并网发电，但是由于风电出力的不可预测性，欧洲输电联盟(UCTE) 电网正在承受着风电接入带来的越来越大的出力波动。本次事故前，因天气原因造成风电大 发，导致系统重要断面潮流加重。事故发生后，低周地区大量风电机组跳闸，进一步加剧了 系统功率缺额，而高周地区大量被切除的风电机组在系统频率恢复阶段自动并网，延缓了频 率恢复过程，并造成系统潮流重新分布和部分断面功率越限。可见，针对故障期间可再生电 源和电网的协调控制及保护方面还需进行更为深入和细致的研究。

发明内容

本发明的一种大规模风电集中接入电网的系统仿真方法的目的是要在开展大规模风电基 地集中并网的仿真分析中，有效计及大规模风电基地风资源特性的叠加效应、大风电基地风 力发电机类型各异、响应特性各异、控制和保护系统各异所带来的动态响应的差异性，准确 评估风电并网对电力系统稳定运行造成的冲击和安全性瓶颈。为此需要解决以下一些问题： 风电机组的准确建模、风电场的合理等值、适用于工程应用的风力发电机类型及其控制和保 护系统差异性的有效评估、风电机组并网对系统动态特性影响的全面覆盖等。本发明针对上 述问题首次明确提出了能综合考虑风力发电的风资源特性、风力发电机动态响应特性及多风 力发电机机型、风力发电机不同控制模式等差异性特点影响的大规模风电并网仿真分析原则， 基于该原则发展出了大规模风电集中接入电网的系统仿真评估的完整分析框架及流程，为风 电基地的大规模并网提供了仿真分析的技术手段。以下将就本发明的技术内容进行具体描述：

本发明的一种大规模风电集中接入电网的系统仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)根据所需研究的大型风电基地的风力发电机装机特点选择多风力发电机的仿真模 型：