风力发电中的波动功率与调节控制技术分析

风力发电中的波动功率与调节控制技术分析

秦悦

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司内蒙古呼和浩特010000）

摘要：风能是自然界中能够进行可持续利用的能源，其具有一定的间歇性以及波动性，风力发电则是将风能转化为电能的相关技术，因此也具备这些特性。在我国目前进行大规模并网的条件下，这些因素有可能会影响到电网供应质量，所以必须要进行风电波动功率的有效调节，降低在风力发电中波动功率所产生的不良影响。在此前提下，本文综合分析了风力发电过程中波动功率的相关特点，深入探讨了响应了调节控制技术，希望能够为我国风力发电系统建设做出必要贡献，促进能源事业的不断发展。

关键词：风力发电；波动功率；调节控制技术

现如今，国家大力倡导可持续发展，这也是目前能源技术以及生产需求的共同诉求，也是社会发展到一定阶段的必然路线，可持续发展的理念已经深入到各个领域，人们对于清洁可再生能源的开发力度不断加强，风力发电作为一种来自与自然界的可持续能源，得到了广泛的应用和迅猛发展。但是在进行大规模的风力发电同时，能源输出本身存在的波动也会引起一定的波动功率，这对于电网建设来说是一个较大的考验，甚至对其安全稳定运行和电力供应质量产生了一定的影响。调节控制风电波动功率是当前我国电力技术工作者需要进行深入研究的课题，也是可持续发展阶段亟需解决的问题。

一、风力发电中的波动功率

风能源本身是一种动能，风力发电的整体过程则是将动能转变为机械能，进而再将机械能转变为电能，这其中涉及到了多方面的能源转变技术，风能是从自然界中普遍选取的，并不需要进行燃料推动，同时也不会出现污染物、废弃物，是一种应用比较广泛的新型能源，对于环保以及能源可持续利用有着重要意义但是在实际的风力发电过程中，在外界因素的干扰之下，风能本身具有着速度上的不确定性，因此容易产生十分明显的波动，在这样的前提下进行风能转化，期间所产生的功率难以预测，进而产生了风电输出有功功率预测值同实际风电功率值的差，这就是有功波动功率。如果此项数值高低波动较大，就会为电力系统的正常运行制造乃提。一般情况下，为了保证风力资源的最大化利用，在进行风力发电的时候会尽可能的使用大功率能源捕获设备，要通过一定的措施，降低或者消除风力发电所产生的波动功率。

事实上，关于这个问题的研究已经在进行中，并且目前已经有了一些能够进行参考的相关方案措施，例如提高风电预测精确度、搭建电能管理平台、控制发电机组的有功出力、调整热备机组以减少风力发电自身的波动影响。此外，也需要利用相关设备进行最大限度的风能捕获，在此基础上设置一些辅助功率控制系统，不断优化调节风力发电所产生的冲击力。根据我国风电场接入电力系统技术的相关规定，功率调节能力是风电场必须具备的，能够实时控制波动功率变动，例如装机容量在40mw到160mw风电场的波动功率最大值为每分钟15mw，当装机容量在160mw以上的时候，波动功率变动要求不允许高于每分钟20mw。

二、风力发电中的波动功率调节控制技术

本文综合相关的技术规范，根据以往的研究经验，基于最大风能捕获的风电形式，分析了风电的有功波动功率分界特征，进而提出了相应的调节控制方案，能够通过能源储存系统，增加功率波动容量，再结合完善的风电预测技术，能够降低风电成本的投入。

（一）风电波动功率分解

根据风电场不同的风速进行相应的区分，根据以往的经验，在中等速度范围内，风电输出的有功功率波动相对较小，同时比较稳定，能够直接将其并入电网系统，但是在风速较高或者较低的范围内，容易产生预测上的偏差，进而造成功率的大幅度波动，这时候就需要进行风电波动功率分解。假设某个风电机每天的输出功率为T，进行功率预测为Y，就能够得出风电有功波动功率，而根据我国风电场技术规定来看，风电场有功功率是有一定的最大限值的，根据这个数值能够将波动功率进行分解，第一是限值范围内的波动功率，第二是限制范围之外的波动功率。通过这两种分解部分能够促进风力发电过程中风能源的最大限度的利用，进而节省能源储存设备的承载量。

（二）风电波动功率调节控制策略

根据有功波动功率的相关调整规定，能够进行风电预测功率同实际数值对比，在通过对比的结果综合判断当前调整状态，当出现系统休眠或者离线的时候，不需要进行调节，而经过对比发现正处于调节状态的时候，可以将调节控制在策略划分为两部分，第一是使用DC-DCbuck/boost变换器，对超级电容器进行能力吸收或者释放的的操作，第二部分是控制电压型PWM变流器，也就是VSI设备控制。DC-DCbuck/boost变换器能够根据规则通过超级电容器进行功率吸收或者释放，进而达成功率的双方面传动，其中高压的部分在实际的能源转换过程中是同VSI直流测电容并联的，低压部分则与超级电容器并联。变流器主要进行CSI直流测电容电压的控制操作，维护电压的稳定性，在这一过程中能量能够经过变流器在直流储能和交流母线之间进行传动，进而将功率控制在一定的目标数值范围内。超级电容器则借助DC-DCbuck/boost变化期进行控制，实现放电功率的调节，多方位控制波动功率。在实际的操作中，调节控制策略的两部分是相互融合的，根据相关的管理指令，进而达到波动功率控制需求。

（三）能源储存系统的调节控制策略

随着科学技术的不断进步，超级电容器的相关技术也得到了优化更新，其功率密度以及能量密度都在进行持续增加，这也提升了其综合储能质量，将其作为储能技术应用在电力系统中能够实现有效的能源储存价值。本文对其进行了简化的计算以及分析，建立了比较简单的串联RC模型，具体如图一所示。在RC模型之中，C代表了正常情况下超级电容器的等效电容状态，RESR代表的是等效串联电阻，这能够有效的体现出双电层超级电容器的热量损耗情况，同时也能够全面体现出在负载放电以及不同的电流情况下RESR两侧的电压直降，同时能够对电容器的最大限度放电电流起到制约作用。

图一简单串联RC模型

因为储能系统中正反功率流的控制变量到电感电流的传递系数是一样的，所以只需要进行单个系统控制，就可以实现能量双向流动。在具体的控制系统组成中，一般采用电流单环结构，根据一定的参考数值进行PI控制器配置，能够依照对两个开关互补占空比的调节，进而保证电流能够稳定安全传输，同时，这样的控制方法有着比较优越的防干扰能力，并且具有较快速率的动态反馈。

DC-DCbuck/boost变换器的控制功能具体通过电感电流体现，在一定的调度范围内，如果风电有功功率的波动超过了可以接受的数值，那么变换器就会对电感电流进行调节，把超出的功率进行吸收，外在体现是进行超级电容器充电。相反，如果有功功率波动低于可以接受的数值，变换器就会进行功率释放，电容器进行放电操作。此时需要注意到超级电容器的端电压稳定，并且持续处于正常数值内，可以精确提供波动功率的差距数额，并且风电场的调节设备需要处于控制或者休眠的状态，当出现异常情况的时候，必须进行及时的离线处理，并且准确无误的进行通知调度部门，以便于及时分析处理问题，确保电网能够安全稳定运行。

三、结语

综上所述，基于风电大规模并网背景，波动功率的存在会严重影响电网的正常运行，必须要加强相关的技术研究，要不断优化完善相应的调节控制措施。随着社会经济的不断发展以及各行各业对于能源需求的持续提升，风力发电如今已经成为不可或缺的能源输出，对于整体的能源事业以及电网建设都有着至关重要的作用。在实际的运行过程中，要确保风电有功波动功率能够达到理想目标值，从而实现风力发电自身的可持续发展，同时满足电力系统对于风力发电的要求，促进我国电力事业的稳定发展，为我国社会主义现代化建设做出必要贡献。

参考文献

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