含风力发电机组电力系统潮流及稳定分析

□赵 宁 于少鹏

一、引言

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。电力系统需要稳定运行才能保证电网的正常，但是由于外界的干扰或者负荷的变化都会影响电力系统的稳定，从而影响电能的质量。

本文应用电力系统综合分析软件对wscc -40 节点含风力发电的电力系统进行了潮流和稳定分析计算，讨论了风力发电机组接入电力系统后对系统潮流和稳定的影响，得出分析结果，为系统运行和规划改造提出参考意见，提高电网运行效率。

二、仿真软件

电力系统综合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)有三层结构，第一层是公用数据和模型的资源库，其中包括电网基础数据库、用户自定义模型库、固定模型库、用户程序库，用于进行数据和模型建立;第二层是基于资源库的应用程序包，其中包括:故障分析、稳态分析、机电暂态分析，用于各种计算分析;第三层是计算结果和分析工具，分析计算后生成结果数据库。

节点的电压和相角，以及支路的功率损耗、网络损耗等都可以通过该程序的潮流计算得到，并通过结果来分析电压越线及过负荷等问题;暂态稳定计算则用于分析系统在受到干扰后恢复稳定的情况，分析影响系统稳定的因素，从而进一步找出提高稳定性的措施。

三、WSCC-40 节点电力系统简介

WSCC-40 节点含风力发电机组电力系统是在39 节点电力系统基础上并入2MW 风力发电机组，并根据并入的风力发电机组的特点，观察其对原电力系统的电压及潮流的影响，通过增加无功补偿和调节母线电压来维持整个电网的稳定。该系统整个网络的电压等级为110Kv，各发电机的电压等级为6．5 Kv 和10．5 Kv。为了研究的方便，本系统设置了一个平衡节点，即发电机3，该平衡节点的作用是在进行电力系统潮流计算时满足整个电网的功率平衡和稳定。该电力系统具体构成元件及其连接方式参见图1。

四、潮流分析

PSASP 在两种编辑方式下的使用步骤如下:一是输入电网数据，二是方案定义，三是数据检查，四是作业定义，五是执行计算，六是报表输出结果。

(一)基础数据。基础数据包括母线数据，交流线数据，发电机数据，两绕组变压器数据，负荷数据等，部分数据如表1所示。

表1 部分两绕组变压器数据

(二)潮流计算。将基础数据输入到电力系统综合分析软件中，检查数据无误后即可进行潮流计算。将电力系统中负荷数据的100%、75%、50%分别进行潮流计算，得到该电力系统的大、中、小负荷潮流计算。

(三)计算结果。大负荷方式潮流分析计算结果包括潮流计算摘要信息报表、结果综述报表、全网母线(发电)结果报表、全网母线(负荷)结果报表、全网交流线结果报表、全网两绕组变压器结果报表等，其中结果综述报表及其潮流分布图如图1。

图1 大负荷潮流分布图

将负荷分别降低到75%和50%完成中负荷方式潮流分析计算以及小负荷方式潮流分析计算(计算结果略)。由上述潮流计算分析可知，该电力系统在符合变动时电压会有波动但是还在维持系统稳定的范围内。如果电力系统负荷变动较大影响整个电力系统的稳定时，就需要对母线电压进行调整，如提高起始点母线电压，增加无功补偿装置等。

表2 结果综述报表

五、暂态稳定分析计算

(一)单相短路。选择支路25 为短路线对该系统进行稳态分析，做单相短路结果如下:

直接方式输出

图2 全网发电机功角图

由图2 可知各发电机功角在系统遇到单相短路后有一些偏离，但经过一段时间后功角重新恢复到新的平衡，整个电力系统恢复稳定状态。

(二)三相短路。同样选择支路25 为短路线进行三相短路稳态分析，做三相短路结果如下:

直接方式输出

图3 全网发电机功角图

由图3 结果可知该系统对于三相短路故障同样具有稳定性，但三相短路故障比单相短路故障对电力系统产生的影响较大，发电机功角波动幅度较大。

提高电力系统稳定性的措施有:采用自动励磁装置，减小元件电抗即采用分裂导线或串联电容器;提高电压等级;采用并联补偿或改变网络结构等。据了解，在实际运行中，对于一些大的电力系统干扰，采用切除发电机、快速切除故障、切除负荷等控制措施，功角曲线变化不同能使系统暂态稳定性得到提高。

六、结语

本文以39 节点电力系统为基础加入风力发电机组，建立了简单的电力系统网络，讨论了整个电网的功率平衡、电压稳定及暂态稳定。从该电力系统的稳态结果分析来看，该系统具有一定稳定性，对于单相和三相短路故障能较快恢复到平衡。

本文给出了一些提高电力系统电压稳定性的方法和措施。电源规划的原则是尽可能地保证功率的平衡，同时考虑到经济性，不可避免长距离的输电，因此静止无功补偿是一个重要考量，使系统实现可控的电压支撑。同时在研究中制约仿真结果正确性的主要因素是负荷模型和实际情况相差较远，因此下一步的研究方向则是如何建立贴近实际情况的负荷模型，建立完善的事故预案准备，进而提高系统的电压稳定性。

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