影响风力发电机组并网系统稳定性的因素分析

影响风力发电机组并网系统稳定性的因素分析

陈繁

(国水集团化德风电有限公司内蒙古乌兰察布013350)

摘要：风能作为可再生能源的一种，在实际应用中不会形成大量的噪音或气体，其原动力源自风，环保度高且“取之不竭，用之不尽”。以风能为原动力的风能发电机具备独一无二的优势，即风力发电厂建设速率快，经济与社会效益显著，属于分散装置，装机自主灵活度高。在国内电力事业高速发展、能源紧缺的背景下，我国为进一步改善电源结构、满足节能减排需求，将加大清洁能源的发电效率，把风力发电归入能源发展战略中，风力发电机组并网作为新能源而成为研究重点。

关键词：风力发电机组并网；系统稳定性；双馈感应发电机

引言

大容量的风电场接入电力系统后，由于双馈风电机组自身的闭环控制，不能像同步机那样及时响应外界的变化，从而降低了电力系统抗干扰能力。风电机组并网下的静态稳定性分析是近年来的研究热点。基于李雅普诺夫线性化的小干扰稳定性特征值分析法是常用的分析方法。

1风电并网后的系统频率分析

1.1风电机组并网后的电力系统频率分析

与传统的水利发电和火力发电相比，风力发电的稳定性较差，强弱波动性较为严重，功率输出及其不稳，不受人为控制。随着风力发电产业在我国的兴起与发展，已经形成了较大的、具体化的规模，将风力发电站并入了现代化电网的运行与建设当中，对于稳定风力发展的功率与波动情况具有十分重要的意义。从电力系统的安全运行等方面来看，在我国的电力系统中，风电场从本质上来看，就是一个大型的干扰发生源。为了在今后的工作中更好地开发利用我国的风能资源，为风电场电力系统大小的稳定性产生了巨大的影响。

1.2维持电力系统频率稳定的方法

在传统的科研项目中，我国对电力系统稳定性问题的研究重点，主要集中在电压与功角这两个方面的稳定，却忽略了频率稳定的问题。随着现代化社会的不断发展，电力系统的负荷越来越大，系统频率失稳的情况时常发生，为城市电力系统的正常运行埋下了不安全的隐患，因此，有必要对电力系统频率的稳定性问题展开系统性的研究。由于其动态分析计算过程比较缓慢，无法满足实际应用的需要，所以，可以从静态的角度，通过快速评估法与直接法等方法对其进行估算。

2考虑风电机滑差的电压稳定分析

2.1应用动态电压恢复器

将风力发电系统并入到中低压配电网中，由于有功功率变化造成的电压闪变十分明显，因此，在加强无功补偿的同时还需要进行瞬时有功功率的补偿操作，这就需要对传统的无功补偿装置进行更新，利用具有储能单元的补偿装置，进而实现电能质量的有效改善。动态电压恢复器正是满足以上要求的重要装置，可以在非常精确的时间内完成系统电压的传输，从而有效解决电压波动的问题，为用户提供更加高质量的电能。

2.2直驱式风电控制系统

直驱型永磁同步风电机组并网发电时，能量经过两极化，通过电压源型变流器W－VSC联入直流微网，W－VSC正常工作时采用最大功率跟踪（maximumpowerpointtracking，MPPT）控制，以尽可能多的捕捉风能。直流微网通过电压源型PWM变流器G－VSC并入交流配电网，因此网侧变流器普遍采用交流电网电压定向矢量控制，可以实现网侧变流器的有功功率和无功功率的解耦，并通过锁相环（PLL）保持与配电网的同步。由风电机组和本地负载组成的微电网孤岛运行时，微网功率由负荷决定。在风电机组的额定负荷大于负荷功率时，机侧变流器采用限流控制，网侧变流器通常采用基于下垂法的V/f控制方法。为了解决微网并网运行与孤岛运行切换时所产生的冲击，提出两种模式下和切换时均采用基于下垂法的电压型控制方法。

2.3风力发电系统模型

探讨风力发电机组并网的系统稳定性，首先要基于电力系统仿真计算程序来构建风电机组模型。其系统稳定性着重分析风电机组内感应发电机的运作、电网和发电机的电磁作用，风电机组架构则借助风力机风轮空气动力学与风电机组的柔性轴系模型来阐述。风电机组并网双馈建模，可选择桨距角调节合理利用风能，降低风电机组机械构件的受力，在风速超出限定风速时需控制风力机桨距角，完成功率输出。调节转子回路，调成电网测变流器与转子侧变流器，基于IGBT导通与关断来控制双馈型感应发电机转子励磁电流。通过双馈型风电机组能完成对无功功率与有功功率的解耦控制，进而实现对风力发电机组的整体控制。

2.4矢量控制控制

矢量控制主要是在双馈电机控制系统中应用，实现风能的最大效率利用，此种技术可以实现有功功率和无功功率的独立解耦调节，抗干扰能力强，可以实现风力发电机组的稳定控制。但同时，此种技术由于转自电流励磁分量多少会对发电机组运行稳定带来影响。通过收集得到的数据信息，应用现代化智能控制技术的同时，还要注重数据信息的深层次挖掘，把握数据规律，在此基础上对于无法观测的数据进行预测和分析，实现对风力发电运行过程的有效控制。

2.5变桨距风力发电技术

由于风速过大时风力发电机组的功率会受到很大的影响，为了解决这一问题，我们又推出了变桨距风力发电技术，它的主要原理是通过桨叶角度来实现的。这项技术的应用使得整个风力发电机的质量减轻了很多，主要是由于使用了与传统技术不同的材料，当发生一些较小的事故时，发电机的整机机身受到的影响也较小。但这项技术也有其局限性，比如变桨距的运行稳定性较差，且风力发电厂需要投入更多的人力、物力去完成工作，物资消耗量较大。这就要求相关专业人士在今后的发电控制技术研究中不断思考探索，使风力发电技术更加完善、可靠。

结束语

总而言之，电气控制技术在风力发电中的应用已经得到了越来越多的重视，其地位不容小觑。可持续的发展战略是我国所倡导的发展战略，这一战略与过量使用不可再生的矿物能源是相悖的。所以，可再生清洁能源的开发与利用是我国当下发展中的重点问题，而目前全世界范围内利用较广的清洁能源就是风能。因此，我们要大力发展风力发电，重视发电控制技术在风力发电中的具体应用，做好具体的发展工作成为了今后的一项重要任务和挑战。我们要将眼光放长远，因地制宜，不同的地区采取不同的措施，在各个方面都做好完善工作，让发电电气控制技术在风力行业的应用更加广泛。

参考文献：

[1]赵冬梅，等.基于储能的微网并网和孤岛运行模式平滑切换综合控制策略[J].电网技术，2013，37（2）：301－306．

[2]和萍，文福拴，薛禹胜，等.风力发电对电力系统小干扰稳定性影响述评[J].电力系统及其自动化学报，2014，28（1）：1-7.