[发明专利]一种针对风电场及电铁交互影响的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电网规划设计技术领域，尤其涉及一种针对风电场及电铁交互影响的分析方法。

背景技术

由于风能具有随机波动性和间歇性的特点，随着风力发电的大规模开发，风电对电网规划、运行与控制等带来巨大挑战，研究和解决风电的有关问题已经成为国内外电力行业的新热点。双馈式感应发电机在所有的风电机组机型之中应用最为广泛，主要是由于它使用了灵活的交流励磁调速，转速随着外界的变化响应迅速且变化范围较宽，能够快速跟踪外界风速的变化从而获得最佳的运行转速和获得极高的风能捕捉效率。同时，双馈式感应发电机的变流器容量仅为风电机组额定容量的30%左右，它的功率控制能力十分灵活，成本较低。

大规模非线性高铁负荷接入电网后，主要会对电网产生功率的冲击、电压波动和闪变、电网三相不对称以及谐波的影响。高铁负荷本身的不对称性会加大系统三相不平衡；产生的无功功率冲击会使得电网产生电压波动和闪变；产生的有功功率冲击会影响系统频率变化以及改变发电机转子转速；产生的谐波会对电网中的电气设备（发电机、变压器、电容器组等）产生一定的影响，从而加大电网的运行与控制的难度，严重恶化电网的电能质量，降低电网用电设备的安全稳定运行，影响当地居民的用电质量。

随着近年来电气化铁路和风电场的共同并网运行情况增多，电气化铁路牵引负荷产生的三相电压不平衡和电压跌落对风电机组的稳定运行提出了严峻考验，甚至有可能造成风电机组失稳，严重影响电网的安全稳定运行。当电气化铁路接入系统后，造成的电网电压不平衡会使得风电场机端电压引入负序电压，造成控制系统正常工作的约束条件被打破，对风电机组的运行产生不利影响；引起的电压跌落会造成双馈式风力发电机组的定子端电压的迅速跌落，从而导致发电机内部剧烈的电磁暂态过程。而风电场由于受到风速的波动性影响，出力也呈现出波动性，也会引起接入电网的电气化铁路牵引负荷高压母线电压和电流波动，影响电气化铁路的供电可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题： 提供一种针对风电场及电铁交互影响的分析方法，以解决现有技术电气化铁路和风电场的共同并网运行存在的电气化铁路牵引负荷产生的三相电压不平衡和电压跌落可能造成风电机组失稳，严重影响电网的安全稳定运行和影响电气化铁路的供电可靠性等问题。

本发明技术方案：

一种针对风电场及电铁交互影响的分析方法，它包括下述步骤：

步骤1、根据电气化铁路负荷特点，建立含高铁和普铁的数学机理模型，根据典型双馈风力发电机数学公式，将多台风机等效为某一等值参数                                                的单台风机，建立风电场系统等值模型如下：

式中：、、分别为风电场中第i台风机容量、扫风面积和风能利用系数；

风电机组的其它参数等值，引入加权系数，

风电场等值成单台风电机组的某一等值参数根据公式得出；

步骤2、根据步骤1建立的风电场系统等值模型，建立电铁负荷引起的电网电压不平衡对风电机组运行特性数学分析模型：

式中为正序同步旋转坐标变换矩阵，为电网瞬时电压变换到dq同步旋转坐标系下的电压值，为两相静止坐标变换矩阵，为直流母线电压，为直流电容电流，p为正序分量，n为负序分量；

步骤3、根据步骤1建立的风电场系统等值模型，建立电铁负荷引起的电压跌落对风电机组影响的数学仿真模型， 该模型包含以下部分：

发电机的电磁转矩与定子磁链分析模型：

其中，为双馈电机的极对数，定子磁链，为转子q轴电流，及分别为励磁及定子电感

发电机定子输出有功功率、无功功率分析模型：

其中，电磁转矩，为定子电压，为定子旋转电角速度

发电机转子运动分析模型：

其中，为机械转矩，代表转子旋转电角速度；

步骤4、利用电力机车模型，结合步骤1所建立的风电场系统等值模型，分析风电场风速变化对电铁负荷影响；

步骤5、利用步骤1-3建立的模型，对电铁负荷引起的电网电压不平衡对风电机组运行影响、电铁负荷引起的电压跌落对风电机组影响进行分析。

步骤1所述的风电场系统等值模型还包括：风电场等值阻抗参数

,

其中分别为定子阻抗、转子阻抗和励磁阻抗，、、分别为等效模型的定子阻抗、转子阻抗和励磁阻抗。