[发明专利]一种风电接入电网的动态模拟系统和模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统物理仿真模拟领域，具体涉及一种风电接入电网的动态模拟系统和模拟方法。

背景技术

近年来，在我国可再生能源发电领域，风力发电得到了迅速发展。根据规划，到2020年风电达到10000万千瓦装机规模，将建设多个“千万千瓦级的风电基地”，风电整体呈现大规模、远距离、高电压、集中接入的特点。我国的风力资源非常丰富，实际可供开发的陆地风能资源总储量有2.53亿千瓦，风力发电已成为我国能源政策支持的重要发展方向。

在风电装机比例较大的区域电网中，风电的大规模接入改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量，因此风电接入后电网的暂态稳定性会发生变化。风电场接入电力系统后原有同步发电机组之间的暂态功角稳定性与接入前相比的变化情况取决于电网拓扑结构、电网运行方式及所采用的风电机组技术，风电的接入有可能恶化电网暂态稳定性，应视具体情况采取应对措施，确保电网安全稳定。

风电动态模拟技术是开展电网控制保护试验研究和参数验证的重要手段，它可以模拟和验证电网中风电设备对控制保护系统的影响。为更好的适应我国可再生能源发展，提高电网接纳可再生能源的能力，确保继电保护技术能够适应可再生能源大规模接入的电网，使用风电动态模拟技术来研究电网保护装置的适应性及改进措施，是行之有效的方法。

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，使之整个电网惯量降低。此时，如果在电网中发生功率缺额时，电网频率降低的变化率会较高、频率跌落的幅度也较大，不利于电网的频率稳定。另外，风电机组的大规模脱网会导致系统频率的大幅波动。

使用风电动态模拟技术来研究电网保护装置的适应性及改进措施，是最有效的方法。它可以模拟风电设备的运行特性、暂态特性以及对系统的影响，为继电保护与安全控制系统的设计与配置提供技术依据，提高电网接纳可再生能源的能力。

发明内容

本发明提供一种风电接入电网的动态模拟系统和模拟方法，动态模拟系统模拟不同的风电接入电网，对模拟系统的稳定性、可靠性及其故障特性进行研究，根据真实风场运行特性模拟风力机的运行，该模拟方法简单可靠，实用性较强，为分析风电接入电网系统的保护性能提供科学依据，有利于电网系统的安全，并且能够降低大规模可再生能源并网的运行风险。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种风电接入电网的动态模拟系统，所述模拟系统包括风电模拟单元、线路模拟单元、发电机模拟单元和电网模拟单元，所述风电模拟单元和发电机模拟单元分别通过线路模拟单元连接所述电网模拟单元，所述线路模拟单元包括故障模拟单元和线路开关。

所述风电模拟单元包括双馈型风电模拟单元和直驱型风电模拟单元。

所述双馈型风电模拟单元包括中央监控系统、控制柜、电动机、双馈型发电机、控制器、双向变流器和主线路开关。

所述直驱型风电模拟单元包括中央监控系统、控制柜、电动机、永磁同步发电机、控制器、双向变流器和主线路开关。

所述线路模拟单元包括电流互感器、电压互感器和限流电阻。

所述发电机模拟单元包括水轮机模拟控制器/汽轮机模拟控制器、原动机、升压变压器、并网开关、电流互感器、电压互感器和励磁装置。

所述汽轮发电机是隐极机，所述水轮发电机是凸极机。

所述故障模拟单元包括故障位置开关、故障开关和选相开关。

所述动态模拟系统模拟风电接入电网的运行特征和故障特征。

所述故障模拟单元设置模拟故障点，所述动态模拟系统在所述模拟故障点处模拟电网中发生的电气故障。

所述电气故障包括单相接地故障、相间短路故障、两相接地故障、三相短路故障和三相接地故障。

一种风电接入电网的动态模拟方法，所述动态模拟方法包括如下步骤：

(1)选择接入的电网规模和线路长度；

(2)选择接入风电机组的类型；

(3)将风电机组接入所选的电网单元；

(4)确定所述模拟故障点的数量和位置；

(5)将相应的故障模拟单元接入所述动态模拟系统；

(6)将被试设备接入所述动态模拟系统的相应位置；

(7)根据要模拟风电场特征生成模拟风力机的运行数据；

(8)根据试验目的制定试验方案并确定实验步骤；

(9)运行所述动态模拟系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：