含大規(guī)模風(fēng)電場的電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性評估

盧錦玲，石少通，盧 洋

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，保定071003）

隨著社會發(fā)展、能源和環(huán)境問題日益突出，發(fā)展可再生能源成為世界各國的共識。風(fēng)力發(fā)電無污染、資源豐富并且在可再生能源開發(fā)中技術(shù)最成熟，近年來得到迅猛發(fā)展。然而風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性和波動性，大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性影響更加明顯。國內(nèi)外一些電壓崩潰事故表明：負(fù)荷增加導(dǎo)致輸電線路運(yùn)行在其極限狀態(tài)，如果電網(wǎng)發(fā)生一些擾動，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱地區(qū)或節(jié)點處首先發(fā)生電壓失穩(wěn)進(jìn)而波及到整個地區(qū)電壓崩潰。隨著新的發(fā)電形式的接入，電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題日益突出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性進(jìn)行評估，找到系統(tǒng)的薄弱節(jié)點，采取相關(guān)預(yù)防措施，因此研究適用的、可靠的電壓穩(wěn)定評估指標(biāo)顯得非常必要。

目前國內(nèi)外學(xué)者在電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法研究中從不同角度提出了電壓穩(wěn)定評估指標(biāo)。文獻(xiàn)[1]認(rèn)為電壓主要受無功功率影響，采用發(fā)電機(jī)與負(fù)荷無功變化率之比來定義電壓崩潰近似指標(biāo)。文獻(xiàn)[2]基于分岔理論分析了風(fēng)機(jī)無功限制對風(fēng)電場電壓穩(wěn)定裕度的影響。Chiang 等在文獻(xiàn)[3]中提出除了無功不足引起電壓崩潰外，系統(tǒng)向負(fù)荷提供的有功功率不足時，也可能引起電壓崩潰。文獻(xiàn)[4]在分析電壓穩(wěn)定性機(jī)理和研究方法的基礎(chǔ)上指出了負(fù)荷特性對電壓穩(wěn)定性的影響，并研究了電壓穩(wěn)定性與不同負(fù)荷特性之間的關(guān)系。文獻(xiàn)[5]通過分析節(jié)點電壓與有功負(fù)荷的關(guān)系曲線，提出了有功裕度指標(biāo)。文獻(xiàn)[6]給出了最小奇異值對負(fù)荷功率的靈敏度，提出將最小奇異值靈敏度用于薄弱節(jié)點的分析及無功補(bǔ)償點的確定。文獻(xiàn)[7]利用PV 和QV 曲線求得電壓變化指標(biāo)和無功功率裕度指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上利用理想點評價方法將這兩種指標(biāo)進(jìn)行綜合，但是對于兩個指標(biāo)的權(quán)重分配沒有給出合理的解釋。一些學(xué)者針對風(fēng)電場的特點提出了一些用于評估含風(fēng)電場地區(qū)電壓穩(wěn)定性的評估指標(biāo)。文獻(xiàn)[8]在分析大型風(fēng)電場地區(qū)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性時定義了一系列指標(biāo)，有確定節(jié)點靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的無功電壓靈敏度指標(biāo)（ηi），能定量描述風(fēng)電場電壓波動的電壓崩潰鄰近指標(biāo)（VCPIPi），直觀預(yù)測風(fēng)電場電壓穩(wěn)定運(yùn)行點到臨界邊界距離的功率裕度系數(shù)指標(biāo)（KPi、KQi）；文獻(xiàn)[9]針對含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)提出了基于連續(xù)潮流的節(jié)點電壓幅值靈敏度指標(biāo)。文獻(xiàn)[10]對國內(nèi)外風(fēng)電電壓穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并指出未來的研究重點之一是提出準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定指標(biāo)和適用判據(jù)，尤其是定量指標(biāo)。文獻(xiàn)[11]從政策和全局方面提出了適合我國電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性評價的標(biāo)準(zhǔn)框架。文中指出單個指標(biāo)具有局限性，提出應(yīng)該把有功裕度指標(biāo)的直觀性和無功裕度指標(biāo)的確定性結(jié)合起來。

通過對現(xiàn)有電壓穩(wěn)定評估指標(biāo)進(jìn)行綜述和對比可以看出：每一種指標(biāo)與系統(tǒng)某種特定運(yùn)行狀態(tài)有著緊密的關(guān)系，如與有功負(fù)荷相關(guān)、或者與無功負(fù)荷相關(guān)等。每一種指標(biāo)都是從不同的角度來分析，因而有其局限性，不同指標(biāo)分析得到的結(jié)果差別也很大?？紤]到現(xiàn)有各種電壓穩(wěn)定指標(biāo)之間并不獨立并且風(fēng)電場有功功率和無功功率的強(qiáng)相關(guān)性，如果能夠合理、有效地綜合多個指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性評估和系統(tǒng)薄弱節(jié)點的確定，對于防范電壓崩潰事故的發(fā)生是非常必要的。因此，本文提出了用于評估含大規(guī)模風(fēng)電地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)，該指標(biāo)由節(jié)點電壓隨風(fēng)電場發(fā)出有功功率變化的靈敏度指標(biāo)和節(jié)點無功裕度指標(biāo)組成。

1 典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型和風(fēng)電場等效模型

1.1 普通恒速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型

普通恒速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等值數(shù)學(xué)模型有型等值電路和簡化的Γ 型等值電路。在較大容量的異步發(fā)電機(jī)中，xm?x1，忽略機(jī)械損耗、附加損耗和鐵耗并將勵磁支路移到首端，得到簡化的Γ 型等值電路如圖1 所示。其中xm為勵磁電抗，x1為定子漏電抗，x2為轉(zhuǎn)子漏電抗，r1為定子電阻，r2為轉(zhuǎn)子電阻，s 為轉(zhuǎn)差。

圖1 普通異步發(fā)電機(jī)型等值電路Fig.1 Γ equivalent circuit of ordinary asynchronous generator

普通異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率由風(fēng)速決定，吸收的無功功率與其發(fā)出的有功功率和機(jī)端電壓的關(guān)系[8]由簡化電路推導(dǎo)為

式中，x=x1+x2。

1.2 變速雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型

雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)DFIG（double-fed induction generator）靜態(tài)等值電路如圖2 所示，其中，xm為勵磁電抗，xs為定子漏電抗，xτ為轉(zhuǎn)子漏電抗，rs為定子電阻，rr為轉(zhuǎn)子電阻，s 為轉(zhuǎn)差。

圖2 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)靜態(tài)等值電路Fig.2 Static equivalent circuit of DFIG

當(dāng)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用恒功率因數(shù)控制方式時，其發(fā)出的有功功率和吸收的無功功率分別為

式中：v 為風(fēng)速；θ 為功率因數(shù)。

1.3 風(fēng)電場等效模型

在對大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析時，由于考慮的是整個風(fēng)電場發(fā)出的有功功率變化對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響，因此，可以忽略每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間的差異，將風(fēng)電場內(nèi)的所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)等效成一臺。整個風(fēng)電場發(fā)出的有功功率和吸收的無功功率分別為

式中：n 為風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的臺數(shù)；Pw、Qw為整個風(fēng)電場發(fā)出的有功功率和吸收的無功功率；Pi、Qi為每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率和吸收的無功功率。

2 風(fēng)電場潮流計算模型

常規(guī)的潮流計算將系統(tǒng)電壓母線分為PQ 節(jié)點、PV 節(jié)點和VQ 節(jié)點3 類，而對于風(fēng)電場接入的母線并不能簡單的歸屬于以上節(jié)點類別，在包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計算中必須考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身的特點。針對由異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場，本文引用文獻(xiàn)[12]中改進(jìn)的簡化PQ 模型。然后根據(jù)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的簡化Γ 型等值電路推導(dǎo)出風(fēng)電機(jī)吸收的無功功率與發(fā)出的有功功率和接入點電壓的關(guān)系表達(dá)式。在潮流計算過程中，隨著風(fēng)電場發(fā)出有功功率的變化，不斷更新風(fēng)電接入點電壓值和風(fēng)電場吸收的無功功率值，并修改對應(yīng)的部分雅可比矩陣元素。對于包含雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場，當(dāng)采用恒功率因數(shù)控制方式時，風(fēng)電場接入節(jié)點可以看作PQ 節(jié)點。

3 靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析

3.1 連續(xù)潮流法

連續(xù)潮流法廣泛應(yīng)用于靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究中，它可以克服系統(tǒng)接近穩(wěn)定極限運(yùn)行狀態(tài)時雅可比矩陣不收斂的問題。連續(xù)潮流法從初始穩(wěn)定工作點出發(fā)，隨著負(fù)荷的緩慢變化，沿相應(yīng)PV 曲線對系統(tǒng)下一工作點進(jìn)行預(yù)估、校正，直至勾畫出完整的PV 曲線。連續(xù)潮流法求取PV 曲線的原理過程如圖3 所示。

本文研究的是風(fēng)電場注入功率對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響，P 代表的是整個風(fēng)電場發(fā)出的總有功功率，V 代表的是風(fēng)電場接入點及其他關(guān)鍵母線的電壓[13]，在P 變化過程中引入風(fēng)電場的靜態(tài)無功電壓特性，從而完成包含大規(guī)模風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流仿真，在求取PV 曲線的基礎(chǔ)上計算得到節(jié)點電壓對風(fēng)電場所發(fā)有功功率的靈敏度指標(biāo)：

圖3 連續(xù)潮流法原理圖Fig.3 Schematic diagram of continuous power flow

并將其作為雙重電壓穩(wěn)定指標(biāo)之一。

3.2 VQ 曲線

VQ 曲線表示系統(tǒng)關(guān)鍵母線電壓與該母線無功功率之間的關(guān)系，可以反映電網(wǎng)中某一點能夠提供無功功率而不導(dǎo)致電壓崩潰的能力。VQ 曲線底部dQ/dV=0，是電壓穩(wěn)定的極限點即電壓崩潰臨界點；左側(cè)dQ/dV〈0，是電壓不穩(wěn)定的；右側(cè)dQ/dV〉0，是電壓穩(wěn)定的；當(dāng)前運(yùn)行點到VQ 曲線底部的距離為該節(jié)點的無功裕度，如圖4 所示。風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行的電壓穩(wěn)定性，不僅與風(fēng)電機(jī)組的特性有關(guān)，同時也與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，若電網(wǎng)足夠強(qiáng)壯，可以提供足夠的無功功率，并網(wǎng)風(fēng)電場的電壓穩(wěn)定性也能夠保證。因此，本文從無功功率角度出發(fā)通過求取所研究母線的VQ 曲線得到各節(jié)點的無功裕度指標(biāo)

并將其作為雙重電壓穩(wěn)定指標(biāo)的另一指標(biāo)。

圖4 VQ 曲線示意Fig.4 Schematic diagram of VQ curve

4 雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定性指標(biāo)

4.1 指標(biāo)預(yù)處理

本文所提出的雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)由電壓對風(fēng)電場有功變化的靈敏度指標(biāo)和電網(wǎng)節(jié)點無功裕度指標(biāo)兩個指標(biāo)構(gòu)成。然而，在分別用兩個指標(biāo)進(jìn)行電網(wǎng)薄弱節(jié)點分析時，DP指標(biāo)小的節(jié)點電壓穩(wěn)定性好，DQ指標(biāo)大的節(jié)點電壓穩(wěn)定性好，在將他們綜合應(yīng)用在一起進(jìn)行薄弱節(jié)點辨識時需要預(yù)先對其進(jìn)行統(tǒng)一處理。本文將DP指標(biāo)取倒數(shù)，即

這樣DP′和DQ兩個指標(biāo)都是指標(biāo)大的節(jié)點電壓穩(wěn)定性好。針對兩個指標(biāo)的單位和數(shù)量級不同，在對兩個指標(biāo)進(jìn)行綜合時以兩個指標(biāo)確定的穩(wěn)定裕度最小的值為基準(zhǔn)分別進(jìn)行歸一化。經(jīng)以上統(tǒng)一處理，再對兩個指標(biāo)分配權(quán)重系數(shù)λ1和λ2，得到綜合考慮有功和無功影響的雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)為

式中，λ1+λ2=1。

4.2 基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的權(quán)重系數(shù)分配

為了準(zhǔn)確、合理和全面評價大規(guī)模風(fēng)電接入對系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響，文中提出了雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)，關(guān)于多重指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的分配通常分為主觀賦值法和客觀賦值法，主觀賦值法客觀性差，但解釋性強(qiáng)；客觀賦值法大多情況下給出的權(quán)重系數(shù)精確度較高，但有時會與實際情況相悖，對所得結(jié)果難以給出明確合理的解釋，因此本文基于熵理論提出一種將主觀賦值法與客觀賦值法相結(jié)合的權(quán)重系數(shù)確定方法“結(jié)構(gòu)熵權(quán)法”，能夠結(jié)合二者的優(yōu)點，彌補(bǔ)缺點，并通過熵值計算和盲度分析減少排序的不確定性，得出的結(jié)果更加合理準(zhǔn)確。結(jié)構(gòu)熵權(quán)法是一種將定性分析和定量分析相結(jié)合的權(quán)重系數(shù)結(jié)構(gòu)分析方法，其基本思想是將采集專家意見的德爾斐專家調(diào)查法和模糊分析法相結(jié)合。首先將專家的知識經(jīng)驗應(yīng)用于判斷不同指標(biāo)的重要性，然后基于專家對不同指標(biāo)的重要程度排序利用熵函數(shù)對其進(jìn)行熵值計算和盲度分析，得到不同指標(biāo)重要程度的數(shù)值表示即權(quán)重系數(shù)。

假設(shè)有m 個專家參與對n 個指標(biāo)進(jìn)行評價，得到m 個專家對n 個指標(biāo)重要程度排序的評價矩陣A（A =（aij）m×n，i = 1，2，…，m，j = 1，2，…，n），其中aij表示第i 個專家對第j 個指標(biāo)的評價。然后對上述獲得的指標(biāo)排序進(jìn)行定性定量轉(zhuǎn)化，定義轉(zhuǎn)化的隸屬函數(shù)為

令

取

代入式（8）得

化簡為

則有

式中：l 為轉(zhuǎn)化參數(shù)量，取l=j+2，當(dāng)對兩個指標(biāo)進(jìn)行評價分析時，j=2，l=4。t 為專家對某個指標(biāo)給出的定性排序數(shù)，取值為1，2，…，j，j 為最大排序號，某指標(biāo)最重要則取1，其次取2，以此類推。μ（t）為t對應(yīng)的隸屬函數(shù)值。將排序數(shù)t=aij代入式（13）可得aij定量轉(zhuǎn)化值bij（bij=μ（aij）），bij稱為排序數(shù)的隸屬度。矩陣B=（bij）m×n稱為隸屬度矩陣。令

并且定義專家對指標(biāo)j 認(rèn)知判斷產(chǎn)生的認(rèn)知盲度為

定義m 個專家對指標(biāo)j 的總體評價為

最后為得到指標(biāo)j 的權(quán)重并對其進(jìn)行歸一化處理，令

5 算例分析

應(yīng)用Matlab 語言編程，對本文所提出的模型、算法和雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)采用新英格蘭IEEE39 節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)進(jìn)行仿真來實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電接入地區(qū)電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的評估。新英格蘭IEEE39 節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)含有10 臺發(fā)電機(jī)，39 個節(jié)點，其中31 節(jié)點為平衡節(jié)點，算例中除了風(fēng)電接入點以外其他節(jié)點的發(fā)電機(jī)均為同步發(fā)電機(jī)，風(fēng)電場節(jié)點有功出力可能在零到額定功率之間隨風(fēng)速狀況波動。為了模擬大規(guī)模風(fēng)電場遠(yuǎn)距離輸送特點，將算例中接入風(fēng)電場的線路阻抗增大為原來的兩倍，雙饋風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)電場功率因數(shù)設(shè)定為0.95 滯后。算例中風(fēng)電場參數(shù)見文獻(xiàn)[8]。薄弱節(jié)點識別的目的之一是為在系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置提供參考，因此，算例中風(fēng)電場機(jī)端沒有添加無功補(bǔ)償裝置。

風(fēng)速的隨機(jī)性、間歇性等特點會造成風(fēng)電機(jī)組出力的波動性，風(fēng)電場風(fēng)速可能會從間歇性的零風(fēng)速變化到陣風(fēng)等影響下的額定風(fēng)速及以上風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組發(fā)出功率可能從零到額定功率之間波動。為了利用連續(xù)潮流法全面地、最大限度地模擬這種風(fēng)電場功率波動對系統(tǒng)其他節(jié)點電壓穩(wěn)定性造成的影響，特將風(fēng)電場節(jié)點發(fā)出功率設(shè)定為從零到額定功率之間變化波動。

為了分析不同類型風(fēng)電機(jī)組接入系統(tǒng)不同節(jié)點處對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響，在每個風(fēng)電場接入點都對比分析雙饋風(fēng)電機(jī)組和普通異步風(fēng)電機(jī)組對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的不同影響，并設(shè)定3 個風(fēng)電場接入情景：

（1）37 節(jié)點接入裝機(jī)容量500 MW 的風(fēng)電場；

（2）36 節(jié)點接入裝機(jī)容量500 MW 的風(fēng)電場；

（3）14 節(jié)點接入裝機(jī)容量500 MW 的風(fēng)電場。

每個場景下通過PV 曲線追蹤風(fēng)電場發(fā)出功率在零到額定功率波動情況下對系統(tǒng)其他節(jié)點電壓產(chǎn)生的影響，并得到由DP′指標(biāo)確定的系統(tǒng)前6個電壓薄弱節(jié)點；通過VQ 曲線得出每個場景下系統(tǒng)節(jié)點的無功裕度，并得到由DQ指標(biāo)確定的系統(tǒng)前6 個電壓薄弱節(jié)點；最后通過結(jié)構(gòu)熵權(quán)法計算得到本文提出的雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)D，并對比分析3 個指標(biāo)得出的系統(tǒng)節(jié)點電壓穩(wěn)定性情況。文獻(xiàn)[11]指出在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下對電網(wǎng)進(jìn)行電壓穩(wěn)定性評價時，所研究的母線有功裕度和無功裕度要≥20%～30%，在用VQ 曲線分析接入普通異步風(fēng)電機(jī)組時，風(fēng)電場發(fā)出有功率為100 MW。在用雙重靜態(tài)電壓穩(wěn)定性指標(biāo)分析系統(tǒng)薄弱節(jié)點時，首先要確定兩個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)第4.2 節(jié)提出的方法，假設(shè)有30 個專家參與調(diào)查評價，12 個專家將DP′指標(biāo)排在首位，DQ指標(biāo)排在末位；18 個專家將DQ指標(biāo)排在首位，DP′指標(biāo)排在末位。由結(jié)構(gòu)熵權(quán)法求出的DP′指標(biāo)和DQ指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別為0.458 9 和0.541 1。

5.1 不同情景下仿真計算

情景1 接入風(fēng)電場為雙饋風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，風(fēng)電場有功功率從0 到500 MW 波動下由PV 曲線追蹤到的系統(tǒng)節(jié)點電壓變化如圖5 所示。

圖5 情景1 接入雙饋風(fēng)電機(jī)組PV 曲線Fig.5 PV curve of case 1 with DFIG

由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱的前6 個節(jié)點如表1 所示。

表1 情景1 下接入雙饋風(fēng)電機(jī)組由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點Tab.1 Weak nodes determined by the three indexs in case1 with DFIG

接入風(fēng)電場由普通異步風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，風(fēng)電場有功功率從0 到500 MW 波動下由PV 曲線追蹤到的系統(tǒng)節(jié)點電壓變化如圖6 所示。

由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較弱的前6 個節(jié)點如表2 所示。

圖6 情景1 接入普通異步風(fēng)電機(jī)組PV 曲線Fig.6 PV curve of case 1 with ordinary asynchronous generator

表2 情景1 接入普通異步發(fā)電機(jī)由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點Tab.2 Weak nodes determined by the three indexs in case 1 with ordinary asynchronous generator

同樣方法可得到情景2、3 下由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性較差的前6 個節(jié)點。

情景2 接入風(fēng)電場為雙饋風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，3個指標(biāo)確定的系統(tǒng)前6 個薄弱節(jié)點如表3 所示。

表3 情景2 下接入雙饋風(fēng)電機(jī)組由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點Tab.3 Weak nodes determined by the three indexs in case2 with DFIG

接入風(fēng)電場為普通異步風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，由3個指標(biāo)確定的系統(tǒng)前6 個薄弱節(jié)點如表4 所示。

表4 情景2 下接入普通異步風(fēng)電機(jī)組由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點Tab.4 Weak nodes determined by the three indexs in case 2 with ordinary asynchronous generator

情景3 接入風(fēng)電場為雙饋風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，3個指標(biāo)確定的系統(tǒng)前6 個薄弱節(jié)點如表5 所示。

表5 情景3 下接入雙饋風(fēng)電機(jī)組由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點Tab.5 Weak nodes determined by the three indexs in case3 with DFIG

接入風(fēng)電場為普通異步風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)前6 個薄弱節(jié)點如表6 所示。

表6 情景3 下接入普通異步風(fēng)電機(jī)組由3 個指標(biāo)確定的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點Tab.6 Weak nodes determined by the three indexs in case 3 with ordinary asynchronous generator

5.2 仿真計算結(jié)果分析

從風(fēng)電場接入的3 個情景結(jié)果分析可發(fā)現(xiàn)，接入500 MW 的雙饋風(fēng)電機(jī)組并不會引起系統(tǒng)電壓崩潰，除了風(fēng)電接入點外其他節(jié)點電壓變化不大，能夠滿足電能質(zhì)量要求，風(fēng)電場接入點在風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)時3 個情景下節(jié)點電壓分別下降到0.872 p.u.、0.809 p.u.和0.995 p.u.，在無功裕度不足的節(jié)點接入雙饋風(fēng)電機(jī)組要考慮在機(jī)組高有功出力下對風(fēng)電接入點電壓進(jìn)行控制或投入無功補(bǔ)償。但是接入普通異步風(fēng)電機(jī)組可能會在風(fēng)電場高出力情況下發(fā)生電壓崩潰。3 個情景下接入普通異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)生電壓崩潰的風(fēng)電場有功出力分別為160 MW、190 MW 和330 MW。這是由于異步風(fēng)電機(jī)組在高有功出力情況下吸收的無功功率增加較多且隨著節(jié)點電壓下降其吸收的無功功率會急劇增加，如果不對節(jié)點電壓進(jìn)行控制或無功補(bǔ)償在風(fēng)電場高有功出力情況下便可能發(fā)生電壓崩潰。結(jié)果表明節(jié)點36、37 電壓穩(wěn)定性情況類似，節(jié)點36 穩(wěn)定性略高于節(jié)點37，節(jié)點14 的穩(wěn)定性較強(qiáng)，從表5、6 同樣可看出節(jié)點14 的無功裕度較大并且在此節(jié)點接入風(fēng)電場并不會造成風(fēng)場接入點電壓穩(wěn)定性變?nèi)?，?jié)點14 電壓穩(wěn)定性良好。從情景1 和2 可發(fā)現(xiàn)風(fēng)電接入會改變原來系統(tǒng)的薄弱節(jié)點分布情況，風(fēng)電場接入點成為系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性最薄弱節(jié)點，并且隨著風(fēng)電場發(fā)出有功功率的增加風(fēng)電接入點及其附近節(jié)點電壓穩(wěn)定性變?nèi)?，?jié)點接入雙饋風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性要好于接入普通異步風(fēng)電機(jī)組。并且在選擇風(fēng)電場接入點時要盡量選擇節(jié)點無功裕度比較充裕的地區(qū)接入。

從仿真計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，DP′指標(biāo)和DQ指標(biāo)在有些情況下得到的結(jié)論并不相同，有時可能會有較大差異。情景3 結(jié)果顯示二者在有些情況下會得出比較一致的結(jié)果，同時也表明這兩個指標(biāo)用來評價節(jié)點電壓穩(wěn)定性是比較可靠的。但是有些情況下二者得出的結(jié)論并不一致，如情景1 DP′指標(biāo)表明節(jié)點37、25、2、26 等電壓穩(wěn)定性較弱，而DQ指標(biāo)表明節(jié)點37、12、28、27 等電壓穩(wěn)定性較弱，二者存在較大差異是因為每個指標(biāo)都是從不同角度去評價節(jié)點的穩(wěn)定性情況，具有一定局限性，因而難免會存在差異，這就使得電力系統(tǒng)運(yùn)行人員選擇哪種指標(biāo)去評價系統(tǒng)穩(wěn)定性更合理變得困難。從DP′指標(biāo)和DQ指標(biāo)分析得出的系統(tǒng)節(jié)點電壓穩(wěn)定性差異可以看出，節(jié)點的電壓穩(wěn)定性受有功功率波動和節(jié)點無功裕度大小的影響，不同地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電源和負(fù)荷分配不同，二者對節(jié)點電壓穩(wěn)定性的影響程度是不同的，要想準(zhǔn)確全面地用D 指標(biāo)去評價系統(tǒng)節(jié)點靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，科學(xué)合理的確定兩個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)是相當(dāng)重要的。主觀賦值會由于個人差異使結(jié)果可信度降低，客觀賦值不能考慮電網(wǎng)實際情況和專家經(jīng)驗，可能得出不正確的結(jié)論，而結(jié)構(gòu)熵權(quán)法通過熵值計算和盲度分析克服了分配權(quán)重系數(shù)時的主觀性并能根據(jù)實際電網(wǎng)情況考慮專家的意見，得到的分析結(jié)果更加合理準(zhǔn)確。從D 指標(biāo)分析結(jié)果可以看出D 指標(biāo)綜合考慮了有功功率波動和節(jié)點無功裕度對節(jié)點靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響，克服了單個指標(biāo)評價結(jié)果的片面性，而系統(tǒng)接入風(fēng)電場后風(fēng)電機(jī)組的有功出力波動性和吸收無功功率特殊性正是從這兩個方面對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性造成影響，因而采用雙重電壓穩(wěn)定指標(biāo)去分析這種影響更加合理和全面。

6 結(jié)論

（1）本文在分析大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)后系統(tǒng)薄弱節(jié)點分布變化情況過程中考慮到風(fēng)電場的特殊性，改進(jìn)了以往連續(xù)潮流法求取PV 曲線過程中負(fù)荷無功保持不變或按比例增加的增長方式，將普通異步風(fēng)電機(jī)組的無功電壓特性（非線性）考慮進(jìn)來，得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（2）以往的指標(biāo)只能從有功或無功單方面來考慮，并且不同指標(biāo)得到的結(jié)果也有差異。本文提出的雙重電壓穩(wěn)定指標(biāo)能夠綜合考慮有功和無功，將源網(wǎng)協(xié)調(diào)起來，因此本文提出的指標(biāo)更加合理、全面和準(zhǔn)確。

（3）通過結(jié)構(gòu)熵權(quán)法計算雙重電壓穩(wěn)定指標(biāo)各個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，能夠兼顧識別系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點過程中的主客觀因素，使建立的指標(biāo)更加準(zhǔn)確可靠。

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