第33卷第13期2009年7月10日Vol.33No.13July10,2009风力发电对配电网侧负荷建模的影响李欣然1,惠金花1,钱军1,李培强1,熊志荣2,谢彬2(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市410082;2.湖南省电力勘测设计院,湖南省长沙市410007)摘要:基于MATLAB仿真工具并运用总体测辨建模原理,建模的影响。模型来等效描述;的取值范围必须扩大到任意实数。对3,,性有很好的等效描述能力关键词:;;;异步发电机;总体测辨法中图分类号:0引言随着中国主要电网规模的不断扩大,电网的复杂程度越来越高,电网的动态稳定性及电压稳定性问题更加突出,负荷模型对电力系统数字仿真结果的影响不容忽视[127]。在临界情况下,采用不同的负荷模型将使结论发生质的变化。实践表明,传统的感应电动机并联静态负荷模型对于配电网侧不含电源的综合负荷有很强的描述能力。但是,当配电网侧有小水电等地方小电源接入后,传统的负荷模型已不能很好地描述区域负荷特性。对此,有学者提出了广义电力负荷模型的概念并进行了相关研究。文献[8]针对配电网侧的小电源用同步发电机来等效,提出了感应电动机、同步发电机和静态负荷三者并联的广义负荷模型结构和参数确定策略;文献[9]提出用异步发电机等效配电网侧接入的电源,进而提出了异步机并联静态负荷模型的广义综合负荷模型,可以很好地描述配电网侧接入电源的影响。可再生能源特别是风能的开发利用已得到许多国家的高度重视。随着中国风力发电装机容量的不断增加,风力发电的接入对电力系统的影响一直是研究的热点。从负荷建模的角度出发,文献[829]的研究工作对含风力发电的负荷建模有着很好的借鉴和指导意义,但尚未从风力发电本身的结构和特性上进行研究,在获得模型辨识所需的负荷特性数据样本仿真时,均采用同步发电机等效配电网侧小电收稿日期:2008212205;修回日期:2009204204。高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20070532052)。源,同时也未全面地考虑不同的负荷比例组合。本文采用MATLAB仿真和总体测辨建模方法,用异步发电机模型的风力机组进行电力系统暂态仿真,以此获取模型辨识所需的负荷特性数据样本。当把风力发电看做一个功率消耗为负的动态负荷时,可以用异步发电机来等效描述,进而指出含风力发电的配电网侧综合负荷可以用异步电机并联静态负荷的广义综合负荷模型来等效描述,但动态负荷所占比例的取值范围必须扩大到任意实数,由此来准确反映风力发电容量对综合负荷模型的影响。1仿真系统图1为仿真系统的电气接线图,虚线框部分为风力发电机组、感应电动机和静态负荷共同组成的综合负荷。G1代表无穷大电源,负荷建模的数据在母线B1处测得。图1仿真系统Fig.1Simulationsystem1.1感应电动机和静态负荷模型感应电动机动态特性采用同步坐标系下的3阶机电暂态微分方程描述[10]。机械负载特性对感应电动机特性具有重要影响,本文取为转速的2次函数:2(1)Tm=T0[A(1-s)+B(1-s)+C]—89—2009,33(13)式中:T0为感应电动机负载率;s为转差率;特性参数满足A+B+C=1。——静态负荷采用多项式表示的恒阻抗恒电流恒功率(ZIP)模型[11]。1.2风力发电机组模型风力发电机组模型主要包括风力机、轮毂和异步发电机3个部分。风力机模型可表示为[12]:3)ARvwPw=cp(λ,ββ-5e-λi)=0.22-0.4cp(λ,βλ(2)iλi=-3λ+0.08β式中:Pw;cp为风R为风轮扫过的面积;vw为风速;λ为叶尖速比;β为叶片桨距角。从轮毂到发电机转子之间的机械传动部分可以近似用1阶惯性环节来描述[13]:(3)=dtTd式中:Td为机械传动部分的时间常数;Tm为发电机转子轴上的机械转矩;TM为风力机末端轴上的机械转矩,TM=Pw/ω。异步发电机是异步电机的一种运行状态。当转差率s的值在[0,1]之间时,异步电机工作在电动机状态;当s<0时,异步电机工作在发电机状态。所以,异步电动机和异步发电机在数学模型上是相同的。在风力发电机仿真的过程中,作为发电机状态,其机械转矩用式(1)来表示。由于风力发电最大的特点是具有极强的不确定性,这导致其出力水平具有随机性和波动性。但就负荷建模而言,从宏观角度(短期可预测范围内),这种具有随机性和波动性的风力发电机出力还是有一定的规律性。基于此,本文假设所考虑时段内的风速不变,从而风力发电机出力恒定。1...