海上风电集群与火电打捆外送系统短路比定义及影响因素分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22043

摘要/Abstract

摘要：

短路比是度量风电场接入交流系统诱发次同步振荡风险的重要指标。对于风火打捆并网运行的短路比，目前并无明确定义和详细的计算公式。由此，针对某实际规划双海上风电集群与火电打捆系统场景，提出了一种短路比计算方法，揭示计及双风电集群相互作用对次同步振荡的影响。研究结果显示，风火打捆并网对系统短路比有提升作用，相比于纯风电，能减缓短路比降低的速度，并提高次同步振荡时的稳定性。通过公式分析，风火打捆短路比3项影响因素为系统阻抗、风机配比、风火比例，三者对发生次同步振荡的临界短路比的影响比重不同，分析结果显示，风机配比对次同步振荡的影响比重最小，风火比例的影响比重最大。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建某实际规划海上风电集群与火电打捆系统模型，验证了上述研究结果的合理性。

关键词: 海上风电, 风火打捆, 短路比, 系统解耦, 次同步振荡

Abstract:

The short-circuit ratio is an important indicator to measure the risk of subsynchronous oscillation induced by the access of the wind farm to alternating current system. The current short-circuit ratio does not have a clear definition and a detailed calculation formula for the short-circuit ratio of wind-fire bundled and grid-connected operation has not been given. Therefore, for an actual planning scenario of dual offshore wind power clusters and thermal power bundling system, a short-circuit ratio calculation method was proposed to reveal the influence of the interaction of dual wind power clusters on subsynchronous oscillation. The research results show that the wind-fire bundling and grid connection can improve the short-circuit ratio of the system. Compared with pure wind power, the speed of reducing the short-circuit ratio is slowed down and the stability of subsynchronous oscillation is improved. From the analysis of the formula, the three influencing factors of the short-circuit ratio of wind-fire bundling are system impedance, fan ratio, and wind-fire ratio. The analysis results show that the fan ratio has the least impact on the subsynchronous oscillation, and the wind-fire ratio has the greatest impact. Finally, a model of an actual planning offshore wind power cluster and thermal power bundling system was built in PSCAD/EMTDC to verify the rationality of the above research results.

Key words: offshore wind power, wind and fire bundling, short-circuit ratio, system decoupling, subsynchronous oscillation

中图分类号:

TK 81

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图/表 25

图1 单个风电场交流并网系统

Fig. 1 Alternating current grid-connected system for a single wind farm

图2 双风场交流并网系统

Fig. 2 AC grid-connected system for dual wind farms

图3 双风场解耦系统

Fig. 3 Dual wind field decoupling system

图4 火电接入双风场交流并网系统示意图

Fig. 4 Schematic diagram of AC grid-connected system for thermal power access to dual wind farms

图5 双风场风火打捆交流系统拓扑图

Fig. 5 Topological diagram of wind and fire bundling AC system in double wind farms

图6 火电接入对短路比影响关系图

Fig. 6 Relationship between thermal power access and short-circuit ratio

表1 风机总台数为2.0 pu时不同风场容量比例对应的双风场系统短路比

Tab. 1 Short-circuit ratio of dual wind farm system corresponding to different wind farm capacity ratios when the total number of wind turbines is 2.0 pu

n₁∶n₂	n₁/pu	n₂/pu	短路比
1∶1	1.000	1.000	0.363 6
5∶6	0.909	1.091	0.356 3
4∶5	0.889	1.111	0.353 2
3∶4	0.857	1.143	0.347 5
2∶3	0.800	1.200	0.336 1
1∶2	0.667	1.333	0.308 5

图7 双风场系统短路比KSCRA与风机台数关系

Fig. 7 Relationship between short-circuit ratio KSCRA and the number of wind turbines in the double wind farm system

图8 风火打捆系统风电总容量与风场短路比关系图

Fig. 8 Relationship between total wind power capacity of wind-fire bundling system and short-circuit ratio of wind farm

表2 风机总台数为0.6 pu时不同风场容量比例对应的双风场系统短路比

Tab. 2 Short-circuit ratio of dual-wind farm system corresponding to different wind farm capacity ratios when the total number of wind turbines is 0.6 pu

n₁∶n₂	n₁/pu	n₂/pu	短路比
1∶1	0.30	0.30	1.212
2∶3	0.24	0.36	1.120
1∶2	0.20	0.40	1.028

表3 CASE-B相对应的双风场系统短路比

Tab.3 Short-circuit ratio of double wind farm system corresponding to CASE-B

T_B	n_B1/台	n_B2/台	短路比
1∶1	300	300	2.4
2∶3	240	360	2.1
1∶2	200	400	2.0

表4 CASE-C相对应的双风场系统短路比

Tab.4 Short-circuit ratio of double wind farm system corresponding to CASE-C

n_C/台	n_C1/台	n_C2/台	短路比
500	250	250	2.9
800	400	400	1.8
1 000	500	500	1.4

图9 CASE-A短路比变化示意图

Fig. 9 Schematic diagram of short-circuit ratio change of CASE-A

图10 CASE-A火电机组电磁扭矩仿真波形图

Fig. 10 Simulation waveform of electromagnetic torque of CASE-A thermal power unit

图11 6~10 s火电机组电磁扭矩频谱分析

Fig. 11 Spectrum analysis of electromagnetic torque of thermal power unit within 6-10 s

图12 CASE-A风电有功功率仿真波形图

Fig. 12 CASE-A wind power active power simulation waveform diagram

图13 6~10 s风电有功功率频谱分析

Fig. 13 Wind power active power spectrum analysis within 6-10 s

图14 CASE-B风电输电有功功率曲线

Fig. 14 Active power curve of CASE-B wind power transmission

图15 CASE-B火电机组电磁扭矩曲线

Fig. 15 Electromagnetic torque curve of CASE-B thermal power unit

图16 双风场台数比为2∶3时风电有功功率频谱分析

Fig. 16 Wind power active power spectrum analysis when the ratio of double wind farms is 2∶3

图17 CASE-B火电机组电磁扭矩频谱分析

Fig. 17 Analysis of electromagnetic torque spectrum of CASE-B thermal power unit

图18 CASE-C风场输出功率曲线

Fig. 18 CASE-C wind farm output power curve

图19 CASE-C火电机组电磁扭矩振荡曲线

Fig. 19 CASE-C thermal power unit electromagnetic torque oscillation curve

图20 1 000台风机投入发生次同步振荡时火电电磁扭矩频谱分析

Fig. 20 Spectrum analysis of thermal power electromagnetic torque when 1 000 wind turbines are put into operation

图21 1 000台风机投入发生次同步振荡时风电有功功率频谱分析

Fig. 21 Wind power active power spectrum analysis when 1 000 wind turbines are put into operation

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