專利名稱：一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法
技術領域：
本發明涉及電力系統物理仿真模擬領域，具體涉及一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法。
背景技術：
近年來，在我國可再生能源發電領域，風力發電得到了迅速發展。根據規劃，到 2020年風電達到10000萬千瓦裝機規模，將建設多個“千萬千瓦級的風電基地”，風電整體呈現大規模、遠距離、高電壓、集中接入的特點。我國的風力資源非常豐富，實際可供開發的陸地風能資源總儲量有2. 53億千瓦，風力發電已成為我國能源政策支持的重要發展方向。在風電裝機比例較大的區域電網中，風電的大規模接入改變了電網原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個系統的慣量，因此風電接入后電網的暫態穩定性會發生變化。風電場接入電力系統后原有同步發電機組之間的暫態功角穩定性與接入前相比的變化情況取決于電網拓撲結構、電網運行方式及所采用的風電機組技術，風電的接入有可能惡化電網暫態穩定性，應視具體情況采取應對措施，確保電網安全穩定。風電動態模擬技術是開展電網控制保護試驗研究和參數驗證的重要手段，它可以模擬和驗證電網中風電設備對控制保護系統的影響。為更好的適應我國可再生能源發展， 提高電網接納可再生能源的能力，確保繼電保護技術能夠適應可再生能源大規模接入的電網，使用風電動態模擬技術來研究電網保護裝置的適應性及改進措施，是行之有效的方法。對于變速風電機組而言，由于其控制系統的控制作用使得變速風電機組轉速與電網頻率完全解耦，致使在電網頻率發生改變時機組無法對電網提供頻率響應，使之整個電網慣量降低。此時，如果在電網中發生功率缺額時，電網頻率降低的變化率會較高、頻率跌落的幅度也較大，不利于電網的頻率穩定。另外，風電機組的大規模脫網會導致系統頻率的大幅波動。使用風電動態模擬技術來研究電網保護裝置的適應性及改進措施，是最有效的方法。它可以模擬風電設備的運行特性、暫態特性以及對系統的影響，為繼電保護與安全控制系統的設計與配置提供技術依據，提高電網接納可再生能源的能力。
發明內容
本發明提供一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法，動態模擬系統模擬不同的風電接入電網，對模擬系統的穩定性、可靠性及其故障特性進行研究，根據真實風場運行特性模擬風力機的運行，該模擬方法簡單可靠，實用性較強，為分析風電接入電網系統的保護性能提供科學依據，有利于電網系統的安全，并且能夠降低大規模可再生能源并網的運行風險。為實現上述目的，本發明采取如下技術方案一種風電接入電網的動態模擬系統,所述模擬系統包括風電模擬單元、線路模擬單元、發電機模擬單元和電網模擬單元，所述風電模擬單元和發電機模擬單元分別通過線路模擬單元連接所述電網模擬單元，所述線路模擬單元包括故障模擬單元和線路開關。所述風電模擬單元包括雙饋型風電模擬單元和直驅型風電模擬單元。所述雙饋型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、雙饋型發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。所述直驅型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、永磁同步發電機、 控制器、雙向變流器和主線路開關。所述線路模擬單元包括電流互感器、電壓互感器和限流電阻。所述發電機模擬單元包括水輪機模擬控制器/汽輪機模擬控制器、原動機、升壓變壓器、并網開關、電流互感器、電壓互感器和勵磁裝置。所述汽輪發電機是隱極機，所述水輪發電機是凸極機。所述故障模擬單元包括故障位置開關、故障開關和選相開關。所述動態模擬系統模擬風電接入電網的運行特征和故障特征。所述故障模擬單元設置模擬故障點，所述動態模擬系統在所述模擬故障點處模擬電網中發生的電氣故障。所述電氣故障包括單相接地故障、相間短路故障、兩相接地故障、三相短路故障和三相接地故障。一種風電接入電網的動態模擬方法，所述動態模擬方法包括如下步驟(I)選擇接入的電網規模和線路長度；(2)選擇接入風電機組的類型；(3)將風電機組接入所選的電網單元；(4)確定所述模擬故障點的數量和位置；(5)將相應的故障模擬單元接入所述動態模擬系統；(6)將被試設備接入所述動態模擬系統的相應位置；(7)根據要模擬風電場特征生成模擬風力機的運行數據；(8)根據試驗目的制定試驗方案并確定實驗步驟；(9)運行所述動態模擬系統。與現有技術相比，本發明的有益效果在于 I、風電接入電網的動態模擬系統，用于研究風電接入電網的穩定性、可靠性及其故障特性；2、風電機組具有故障穿越能力，用于研究模擬系統的故障特性，研究風電系統保護的適應性；3、可根據真實風場運行特性模擬風力機運行，研究結果具有實用性；4、該模擬方法簡單可靠，實用性較強，為分析風電接入電網系統的保護性能提供科學依據，有利于電網系統的安全，并且能夠降低大規模可再生能源并網的運行風險。
圖I是風電機組接入電網的動態模擬系統的結構框圖；圖2是風電機組接入電網的動態模擬系統實施例的結構示意圖；圖3是雙饋型風電模擬單元接入電網的動態模擬系統的連接示意圖
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具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖I是風電接入電網的動態模擬系統結構圖，所述模擬系統包括風電模擬單元、 線路模擬單元、發電機模擬單元和電網模擬單元，所述風電模擬單元和發電機模擬單元分別通過線路模擬單元連接所述電網模擬單元，所述線路模擬單元包括故障模擬單元和線路開關。如圖2，所風電模擬單元包括雙饋型風電模擬單元和直驅型風電模擬單元，所述線路模擬單元包括電流互感器、電壓互感器和限流電阻。斷開開關Kl閉合開關K2使雙饋型風電模擬單元接入系統，選擇FD3為故障點，閉合圖5中FD3開關，圖2中FD3處已與圖5中的三相故障開關KG及選相開關KA、KB、KC、KN 相連通，閉合選相開關KA、KB、KC，此時，設定好故障開關KG的閉合時間為280ms (按需要設定)，啟動控制器控制故障開關按設定好時間閉合三相故障開關KG，于是線路2的FD3處便發生三相短路故障，錄波圖如圖7所示。閉合閉合選相開關KA、KB、重復前述過程線路2的 FD3處便發生A、B兩相短路故障錄波圖如圖8所示。斷開開關K2閉合開關Kl使直驅型風模擬單元接入系統，選擇FD3為故障點，閉合圖5中FD3開關，圖I中FD3處已與圖5中的三相故障開關KG及選相開關KA、KB、KC、KN 相連通，閉合選相開關KA、KB、KC，此時，設定好故障開關KG的閉合時間為280ms (按需要設定)，啟動控制器控制故障開關按設定好時間閉合三相故障開關KG，于是線路2的FD3處便發生三相短路故障，錄波圖如圖9所示。如圖3，所述雙饋型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、雙饋型發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。如圖4，所述直驅型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、永磁同步發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。如圖5，所述故障模擬單元包括故障位置開關、故障開關和選相開關。如圖6，所述發電機模擬單元包括水輪機模擬控制器/汽輪機模擬控制器、原動機、升壓變壓器、并網開關、電流互感器、電壓互感器和勵磁裝置。所述汽輪發電機是隱極機，所述水輪發電機是凸極機。所述動態模擬系統模擬風電接入電網的運行特征和故障特征。所述故障模擬單元設置模擬故障點，所述動態模擬系統在所述模擬故障點處模擬電網中發生的電氣故障。如圖7-圖9，所述電氣故障包括單相接地故障、相間短路故障、兩相接地故障、三相短路故障和三相接地故障。
一種風電接入電網的動態模擬方法，所述動態模擬方法包括如下步驟(I)選擇接入的電網規模和線路長度；(2)選擇接入風電機組的類型；(3)將風電機組接入所選的電網單元；(4)確定所述模擬故障點的數量和位置；(5)將相應的故障模擬單元接入所述動態模擬系統；(6)將被試設備接入所述動態模擬系統的相應位置；(7)根據要模擬風電場特征生成模擬風力機的運行數據；(8)根據試驗目的制定試驗方案并確定實驗步驟；(9)運行所述動態模擬系統。動態模擬系統模擬不同的風電接入電網，對模擬系統的穩定性、可靠性及其故障特性進行研究，根據真實風場運行特性模擬風力機的運行，該模擬方法簡單可靠，實用性較強，為分析風電接入電網系統的保護性能提供科學依據，有利于電網系統的安全，并且能夠降低大規模可再生能源并網的運行風險。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述模擬系統包括風電模擬單元、線路模擬單元、發電機模擬單元和電網模擬單元，所述風電模擬單元和發電機模擬單元分別通過線路模擬單元連接所述電網模擬單元，所述線路模擬單元包括故障模擬單元和線路開關。
2.根據權利要求I所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述風電模擬單元包括雙饋型風電模擬單元和直驅型風電模擬單元。
3.根據權利要求2所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述雙饋型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、雙饋型發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。
4.根據權利要求2所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述直驅型風電模擬單元包括中央監控系統、控制柜、電動機、永磁同步發電機、控制器、雙向變流器和主線路開關。
5.根據權利要求I所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述線路模擬單元包括電流互感器、電壓互感器和限流電阻。
6.根據權利要求I所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述發電機模擬單元包括水輪機模擬控制器/汽輪機模擬控制器、原動機、升壓變壓器、并網開關、電流互感器、電壓互感器和勵磁裝置。
7.根據權利要求6所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述汽輪發電機是隱極機，所述水輪發電機是凸極機。
8.根據權利要求I所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述故障模擬單元包括故障位置開關、故障開關和選相開關。
9.根據權利要求I所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述動態模擬系統模擬風電接入電網的運行特征和故障特征。
10.根據權利要求I所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述故障模擬單元設置模擬故障點，所述動態模擬系統在所述模擬故障點處模擬電網中發生的電氣故障。
11.根據權利要求10所述的風電接入電網的動態模擬系統，其特征在于所述電氣故障包括單相接地故障、相間短路故障、兩相接地故障、三相短路故障和三相接地故障。
12.—種風電接入電網的動態模擬方法，其特征在于所述動態模擬方法包括如下步驟(1)選擇接入的電網規模和線路長度；(2)選擇接入風電機組的類型；(3)將風電機組接入所選的電網單元；(4)確定所述模擬故障點的數量和位置；(5)將相應的故障模擬單元接入所述動態模擬系統；(6)將被試設備接入所述動態模擬系統的相應位置；(7)根據要模擬風電場特征生成模擬風力機的運行數據；(8)根據試驗目的制定試驗方案并確定實驗步驟；(9)運行所述動態模擬系統。
全文摘要
本發明提供一種風電接入電網的動態模擬系統和模擬方法，屬于電力系統物理仿真模擬領域。所述模擬系統包括風電模擬單元、線路模擬單元、發電機模擬單元和電網模擬單元，所述風電模擬單元和發電機模擬單元分別通過線路模擬單元連接所述電網模擬單元，所述線路模擬單元包括故障模擬單元和線路開關。動態模擬系統模擬不同的風電接入電網，對模擬系統的穩定性、可靠性及其故障特性進行研究，根據真實風場運行特性模擬風力機的運行，該模擬方法簡單可靠，實用性較強，為分析風電接入電網系統的保護性能提供科學依據，有利于電網系統的安全，并且能夠降低大規模可再生能源并網的運行風險。
文檔編號H02J3/38GK102593865SQ20121004293
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月23日 優先權日2012年2月23日
發明者周春霞, 周澤昕, 李仲青, 李巖軍, 李明, 杜丁香, 楊國生, 董明會, 詹智華, 詹榮榮 申請人:中國電力科學研究院