【正文】 就風電場并網(wǎng)對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進行分析時，需要了解風資源特性和風電機組的輸出功率特性。針對大型風電場并網(wǎng)所引起的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，本文通過對風電場并網(wǎng)運行的動態(tài)特性研究，并以IEEE(NEWENGLAND)39節(jié)點系統(tǒng)為例，研究并計算了風電場穿透功率極限。通過在NewEngland39節(jié)點系統(tǒng)上仿真計算，驗證了所提方法的有效性及其快速準確的特點。再應用線性近似解去逼近非線性真實解。為了克服上述不足，本文應用近似線性規(guī)劃方法，對風電場穿透功率極限求解進行了優(yōu)化。僅靠人為地修正風電場容量，即不科學也很難快速準確的求得風電場最大容量。通過對風電場并網(wǎng)運行的動態(tài)研究，計算了風電場穿透功率極限。采用常用的一種方法是，應用動態(tài)仿真，檢驗系統(tǒng)在幾種典型的運行方式下，在某種風電比率下，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，進而求得系統(tǒng)可以接受的最大風電裝機容量，算出風電場穿透功率極限。以往的研究表明，影響風電場穿透功率極限的因素很多，這些因素包括系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和可靠性的約束，此外還有系統(tǒng)的運行方式、系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用、風能資源及風電場分布、常規(guī)機組出力限制等。如采用電力電子控制并網(wǎng)的現(xiàn)代變速風機，或是采用附加旋轉(zhuǎn)備用的自動發(fā)電控制系統(tǒng)。美國電能研究所(EPRI)研究表明，在夏威夷，由于風電場輸出功率變化導致系統(tǒng)容量每分鐘減少達10兆瓦時，或是系統(tǒng)負荷增加每分鐘達10兆瓦時，系統(tǒng)就會失去維持頻率在一定范圍內(nèi)的能力[14]。當陣風使得風電場的輸出迅速變化時，系統(tǒng)的頻率就會發(fā)生變化。顯然，減少風電場的容量非人所愿，架設新的傳輸線成本太高。電壓波動將風電場建在偏遠地區(qū)時，通過原先電網(wǎng)向當?shù)刎摵晒╇姷膫鬏斁€與電網(wǎng)相連，電壓波動難以控制成為人們關注對象。現(xiàn)在，電網(wǎng)都要求風電場確保其與電網(wǎng)連接點的功率因數(shù)。無功功率早期的風電場里，使用的異步發(fā)電機，沒有安裝無功補償設備。今天，改進的變換器產(chǎn)生的諧波分量非常小，低于IEEE推薦的電能質(zhì)量監(jiān)測標準。風電場接入系統(tǒng)會給系統(tǒng)帶來諧波；同時它要從系統(tǒng)吸收無功功率；會引起電壓的波動；需要頻率控制。這樣的話，風電在電網(wǎng)中占的比率將會限制在較小的范圍內(nèi)，由于其與電網(wǎng)相聯(lián)成本較高，這往往會超出能量本身的價值。由于風的不可控性和不可預知性，風電場不能像常規(guī)電廠一樣擁有穩(wěn)定的可靠性。風能由于其自身特性使得它未被人們充分利用。還有風電場的發(fā)電可靠性模型，模型考慮了風速的隨機變化、不同風電場之間風速的相關性、風電機組的功率特性及其強迫停運率、風電機組的布置和尾流效應以及氣溫等因素對風電場輸出功率的影響，該模型可用于隨機生產(chǎn)模擬和隨機潮流分析等方面[12]。國內(nèi)也有些這方面的研究。另外，還有估計風電場電能質(zhì)量的改進工具?，F(xiàn)在己有一些設計和分析工具。這個裝置通常被稱為感應電機雙向調(diào)制，它擁有電力電子設備額定功率小的優(yōu)點。由于在生產(chǎn)線上調(diào)速電機使用的快速增長說明了現(xiàn)今的電力電子的高可靠性。這兩個項目是《600kW風力發(fā)電機組單機電氣控制技術(shù)及裝備的研制》和《風電場集中和遠程控制技術(shù)》。該控制裝置的主要功能有:風力發(fā)電機組的自啟動，停機順序控制，雙向可控硅軟并網(wǎng)，電氣保護和安全保護[8]。我國對于大型風電場的控制亦在積極研究。這些要求明確了風電場在電網(wǎng)正常運行和故障時的運行方式。[6]。電網(wǎng)公司擔心它們的電網(wǎng)電壓會越限，所以要求Donegal郡的風電場容量不可超過4*600KW，或是風電場主必須采用智能型風電場控制系統(tǒng)來確保風電場端的電網(wǎng)電壓不會超過指定的最大值。為了大力發(fā)展風力發(fā)電，我國也出臺了鼓勵風力發(fā)電稅收的優(yōu)惠政策。國外許多發(fā)達國家都有鼓勵風力發(fā)電發(fā)展的優(yōu)惠政策?！笆濉逼陂g，風力發(fā)電發(fā)展重點是:一是新建設100 MW風電場約35座(包括海上風電場)，并取得規(guī)模效益，二是鼓勵有風能資源但還未建設一座風電場地區(qū)的電力企業(yè)或非電力企業(yè)開發(fā)風電項目，尤其在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，風電上網(wǎng)電價也較易分攤，更需加快速度開發(fā)風電[1]?！笆濉逼陂g，我國計劃新增風電1192MW。此后，在國家有關部委的領導和支持下，中國的風電事業(yè)開始穩(wěn)步發(fā)展。這是中國并網(wǎng)風電發(fā)展過程中的一個里程碑[5]。為了改善電力結(jié)構(gòu)，中國電力部于1993年決定加快風電的產(chǎn)業(yè)化進程，開始大規(guī)模開發(fā)風電，將清潔的風能作為21世紀能源可持續(xù)發(fā)展的一個重要組成部分。在這些地區(qū)冬春季風大，降雨量少，夏季風小，降雨量大，這與水電有較好的互補性，可以考慮建設風水互補的混合系統(tǒng)。但是我國目前已安裝的風電容量只有350 MW，這又說明了我國風力發(fā)電事業(yè)還有待發(fā)展。為了普及風力發(fā)電，就必須加強風力發(fā)電的研發(fā)工作，降低風力發(fā)電的成本，提高風力發(fā)電的穩(wěn)定性。盡管全世界風力發(fā)電增長幅度很大，但是各個地區(qū)的發(fā)展并不平衡。拉丁美洲地區(qū)目前已有19家企業(yè)生產(chǎn)中、小型風力發(fā)電機組，總產(chǎn)量超過25萬臺，一個重要特點是私人投資風電比例大，發(fā)達國家的私人資本也迅速涌入，巴西、阿根廷、委內(nèi)瑞拉等均有美、歐商人投資于風力發(fā)電行業(yè)。亞洲近兩年雖受金融危機的沖擊，但日本、印度、韓國、泰國和巴基斯坦等國家在風力發(fā)電方面的投資有增無減。近十年里，美國在大型風力發(fā)電機組生產(chǎn)方面的投資年平均增長率達22%，近期目標是使風電成本降到4美分／千瓦時。目前，在新能源領域，風力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，經(jīng)濟指標逐漸接近清潔煤發(fā)電，因此，許多國家都把發(fā)展風力發(fā)電作為改善能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染和保護生態(tài)環(huán)境的一種措施納入國家的發(fā)展規(guī)劃。以風力發(fā)電為例，商品化并網(wǎng)型風力發(fā)電機組，容量更大的風力發(fā)電機組也在試驗研究之中。到了20世紀30年代，各國已開始研制中型、大型風力發(fā)電機。通過對風電場穿透功率極限的分析研究，可為有關部門制定風力發(fā)電場發(fā)展規(guī)模提供科學的分析手段和理論依據(jù)，也可用于電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行調(diào)度。大型風電場并網(wǎng)運行，將會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性造成一定的影響，且風電場容量越大,對系統(tǒng)的影響也越大。為了描述某一電力系統(tǒng)中能夠承受的風電場容量，因而引入了風電場穿透功率極限的概念。大風速擾動會使系統(tǒng)的電壓和頻率產(chǎn)生很大的變化，嚴重時可能使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。當風電場的容量較小時，這些特性對電力系統(tǒng)的影響并不明顯。風力發(fā)電作為一種新能源，具有許多與常規(guī)發(fā)電方式不同的特點：風電是一種間歇性能源，風電機組的啟停及其出力具有隨機性；目前風力發(fā)電一般采用異步發(fā)電機，在向系統(tǒng)送出有功的同時還要從系統(tǒng)吸收無功；在現(xiàn)有的技術(shù)水平下風力發(fā)電還無法預報，因此，風電基本上是不可調(diào)度的。1995年11月，國家科委、國家計委和國家經(jīng)貿(mào)委共同制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要(19962010)》，把“大型風力發(fā)電機制造”和“風電場及其與電力系統(tǒng)相關的技術(shù)研究”定為《新能源和可再生能源發(fā)展優(yōu)先項目》。隨著技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模的擴大，風力發(fā)電的成本將會繼續(xù)下降，這必將進一步推動風電的發(fā)展，使整個風電發(fā)展進入一個良性的循環(huán)。中國風能資源豐富，為了充分利用風能，需要大力發(fā)展我國的風力發(fā)電事業(yè)。利用風能發(fā)電則是當今世界各國為解決能源緊缺，降低溫室氣體排放，提高環(huán)境質(zhì)量而采取的一項非常有效的措施。 課題研究的目的和意義風能是一種可再生無污染的綠色能源。因此，確定系統(tǒng)在正常運行前提下可以接受的最大風電裝機容量。但是，隨著風電機組單機容量增大和風電場規(guī)模的擴大，大型風電場并網(wǎng)運行對電力系統(tǒng)的影響也越來越明顯。另一方面，風力發(fā)電的原動力是不可控的，它所處的發(fā)電狀態(tài)以及出力的多少決定于風速的大小，風速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風電機組的出力也具有波動性和間歇性。風能的隨機性特點使并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機組對電網(wǎng)的電能質(zhì)量及安全穩(wěn)定構(gòu)成威脅。s shortage and improve the environment quality, a lot of countries use wind power to produce electricity. The power output of a wind power plant is stochastic, which is determined by the wind and wind turbine generators. With the development of wind industry, there will be more wind plants of kind of large wind plants will bring many problems to the power system39。通過在IEEE39節(jié)點系統(tǒng)上仿真計算，驗證了所提方法的有效性及其快速準確的特點。論文主要內(nèi)容如下：1．通過介紹風電場并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的電壓和頻率等一系列的影響，來引申出計算風電場并網(wǎng)的極限穿透功率的重要性；2．介紹了計算風電場極限穿透功率的幾種方法，通過對這些方法的認識，了解到這些方法中的不足之處，進而去尋求一種更準確、更快速的方法來計算風電場極限穿透功率；3．由于求解風電場穿透功率極限時，如若考慮到系統(tǒng)各種運行方式的話，計算量將會很大，為了能夠減少計算量，本文提出了一種基于近似線性規(guī)劃的風電場穿透功率極限優(yōu)化的改進算法，通過近似線性規(guī)劃方法，將原計算風電場穿透功率極限的非線性目標約束函數(shù)作線性化再應用線性近似解去逼近非線性真實解。隨著國內(nèi)風力發(fā)電事業(yè)的不斷發(fā)展，百兆瓦級的風電場將會越來越多，這種大型風電場并網(wǎng)運行將會對系統(tǒng)造成較大的影響。利用風能發(fā)電則是當今世界各國為解決能源緊缺，提高環(huán)境質(zhì)量的一項有效措施。 學士學位論文風電場穿透功率極限研究摘 要 風能是一種可再生無污染的綠色能源。它是一種取之不盡、用之不竭、無需開采、運輸?shù)男履茉?。風資源最大的特點就是風速的大小和方向的隨機性，風的這種特性決定了風力發(fā)電廠輸出功率的隨機性。對于大型并網(wǎng)風電場并網(wǎng)對系統(tǒng)正常運行造成的影響，可以通過計算并網(wǎng)風電場的最大穿透功率，來解決大型風電場并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的電壓和頻率擾動等問題，進而提出了一種風電場穿透功率極限計算的優(yōu)化方法。應用該方法可以快速準確地求取風電場穿透功率極限。關鍵詞：電力系統(tǒng)，風力發(fā)電場，穿透功率極限，近似線性規(guī)劃ABSTRACTThe wind power is a kind of renewable green power resources. It is a permanent source with not to exploiting and transporting. To solve the problem of energy39。s operating. About the normal operating influence of large wind plants interconnected the power system, can solve the problems about the voltage and frequency waves through calculating the wind farm penetration. The paper introduces an optimal method based on approximate linear programming for calculating the wind farm penetration. The major research and contributions are as follows:1. Through with introduces of series influences about system voltage and frequency when the wind farm interconnected the power system, put out the important of calculating the wind farm penetration. 2. Introduce series measures about calculate the wind farm penetration, through recognize this measures, to understand the shortings of it, and look for a more accuracy and more faster measure to calculate the wind farm penetration. 3. If more system operation modes are taken into account, the calculation of wind farm penetration will be more plicated. This paper introduces an optimal method based on approximate linear programming for calculating the wind farm penetration. This method gets the object function and constraint function approximately linearized first. Then it uses the linear solution to find the accurate solution. The results on New England 39 system demonstrate that this method is rapid, precise and effective.Keywords: Power systems, Wind Farm, Penetration, Approximate Linear Programming目 錄摘 要…………………………………………………………………….IABSTRACT…………………………………………………………….II目 錄…………………………………………………………………..