CN102593865A - 一种风电接入电网的动态模拟系统和模拟方法 - Google Patents

一种风电接入电网的动态模拟系统和模拟方法 Download PDF

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Abstract

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，属于电力系统物理仿真模拟领域。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。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。

Description

一种风电接入电网的动态模拟系统和模拟方法
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：
1、风电接入电网的动态模拟系统，用于研究风电接入电网的稳定性、可靠性及其故障特性；
2、风电机组具有故障穿越能力，用于研究模拟系统的故障特性，研究风电系统保护的适应性；
3、可根据真实风场运行特性模拟风力机运行，研究结果具有实用性；
4、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。
附图说明
图1是风电机组接入电网的动态模拟系统的结构框图；
图2是风电机组接入电网的动态模拟系统实施例的结构示意图；
图3是双馈型风电模拟单元接入电网的动态模拟系统的连接示意图；
图4是直驱型风电模拟单元接入电网的动态模拟系统的连接示意图；
图5是故障模拟单元连接示意图；
图6是风电机组接入电网的动态模拟系统的发电机模拟单元示意图；
图7是动态模拟系统模拟双馈型风电机组接入电网的三相短路故障录波图；
图8是动态模拟系统模拟双馈型风电机组接入电网的两相短路故障录波图；
图9是动态模拟系统模拟直驱型风电机组接入电网的三相短路故障录波图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是风电接入电网的动态模拟系统结构图，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。
如图2，所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，所述线路模拟单元包括电流互感器、电压互感器和限流电阻。
断开开关K1闭合开关K2使双馈型风电模拟单元接入系统，选择FD3为故障点，闭合图5中FD3开关，图2中FD3处已与图5中的三相故障开关KG及选相开关KA、KB、KC、KN相连通，闭合选相开关KA、KB、KC，此时，设定好故障开关KG的闭合时间为280ms(按需要设定)，启动控制器控制故障开关按设定好时间闭合三相故障开关KG，于是线路2的FD3处便发生三相短路故障，录波图如图7所示。闭合闭合选相开关KA、KB、重复前述过程线路2的FD3处便发生A、B两相短路故障录波图如图8所示。
断开开关K2闭合开关K1使直驱型风模拟单元接入系统，选择FD3为故障点，闭合图5中FD3开关，图1中FD3处已与图5中的三相故障开关KG及选相开关KA、KB、KC、KN相连通，闭合选相开关KA、KB、KC，此时，设定好故障开关KG的闭合时间为280ms(按需要设定)，启动控制器控制故障开关按设定好时间闭合三相故障开关KG，于是线路2的FD3处便发生三相短路故障，录波图如图9所示。
如图3，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。
如图4，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。
如图5，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。
如图6，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。
如图7-图9，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。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
3.根据权利要求2所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
4.根据权利要求2所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
5.根据权利要求1所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
6.根据权利要求1所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
7.根据权利要求6所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：所述汽轮发电机是隐极机，所述水轮发电机是凸极机。
8.根据权利要求1所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
9.根据权利要求1所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
10.根据权利要求1所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
11.根据权利要求10所述的风电接入电网的动态模拟系统，其特征在于：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。
12.一种风电接入电网的动态模拟方法，其特征在于：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。
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