双馈风力发电机组的并网特性分析

双馈风力发电机组的并网特性分析

姜永保

内蒙古电力建设（集团）有限公司010200

摘要：风能作为我国重要的清洁能源之一，风能发电已经成为现实，风电并网还存在较大的优化空间。风能的不稳定性以及不稳定带来的成本问题是影响风电并网效果的主要因素，本文主要探讨风电并网特性和优化策略。

关键词：双馈风力发电机组；并网特性；分析；

引言

作为可再生资源的代表之一，风能资源能够有效缓解我国传统资源短缺的压力，协调了资源应用与生态环境改善的关系。目前风能技术研究逐渐成熟，风能发电规模扩大，风力发电的发展市场与前景十分广阔。电力电子技术的不断升级，风力发电技术成本降低，为风力发电技术性能的优化创造了有利条件。风力发电并网技术的应用，解决了风力发电中存在的无功、谐波问题，提升了风力发电稳定性。

1双馈风力发电机组

双馈风力发电机组的主要组成部分包括：发电机、风力机、增速齿轮箱、控制单元、双向变频器这五部分构成了双馈风力发电机组，并且双馈风力发电机组拥有独立的励磁绕组，可调节功率因数。负荷突变时双馈风力发电机可以通过调节励磁频率来实现转速调节，完成对负荷的释放或吸收，提高电网稳定性，这是双馈风力发电机的优势所在。影响双馈风力发电机组并网运行的因素：风力是一种间歇性能源，风速的变化直接关系到风力发电机的有功功率和无功功率。对这样不稳定、间歇性的能源进行并网必然要解决因风速变化而导致的频率波动、电压瞬时变化、谐波污染等问题。电网故障也是影响双馈风力发电机组并网运行的重要因素，如何让风力发电机组在故障短时间可修复时不脱网，保持与电网的连接，是保证并网稳定性的重要一环。

2风力发电应用优势

风力发电技术实际应用中有很多优点，也是该项技术应用范畴不断拓展的主要原因，技术应用时要注意实现科学化，其优势包括经济性优良、建设周期短、环境影响小等。（1）经济性优良。风力发电在应用过程中社会经济效益表现良好，风力发电能力每提高一倍，资金支出减少约15%，风电增长率不低于30%。我国风能资源可利用情况优良，短期内风力发电的相关技术将会有进一步地提高[2]。（2）建设周期短。风电设备均为预制装配置式结构件，吊装节奏更快，能够有效满足用电、储电需求急切的地区。合理运用风力发电技术，能促进偏远地区实现独立供电，能够有效缓解配电分散情况，满足区域内能源发展方面的需求。（3）环境影响小。风能应用时不会对环境带来负面影响。近年，我国风能工程建设能力持续增强，生产运营成本进一步压缩。风能设施能够有效承担发电和电峰调节功能，且不会对陆地生态环境造成影响。

3双馈风力发电机并网对电网的影响

频率、电压和波形是衡量电能质量好坏的三个标准。对于并网的双馈风力发电机来说，不确定性的风速、风向和风量及其独特的运行特性都会引起电压波动、电压闪变、谐波污染等现象的发生，从而导致输出功率的波动和电能质量的降低。对于并网的双馈风力发电机来说，电压波动、电压闪变、谐波通常发生在启机、停机及机时。双馈风力发电机并网对电网的影响还表现在：（1）风力发电机并网使得电网电流流动、潮流流向和分布发生了改变：电流流动由单向变为了双向，使得电网短路电流发生了改变，从而影响继电保护动作情况；潮流流向和分布的改变，影响了原先电网规划和设计，破坏了电网网架结构；（2）风电注入的功率越大，电压变化就越大，严重会使得电压和功率超出安全标准范围从而导致电压崩溃；（3）风电注入的功率越大，从电网吸收无功功率就越大，功率冲击效应也会越大，系统稳定性就会降低，严重时系统失去动态稳定性，最严重会导致系统瓦解；（4）不确定性的风速、风向和风量使得风电场出力也是不确定的，平衡调度电网有功、无功会比较困难

4双馈风力发电机并网优化策略

4.1风电机组功率调控

理论上，当风能密度足够大时，发电机自身的功率对风力发电系统的发电能力起到决定性作用，在系统运行过程中应合理运用功率调控技术。发电机组的功能是实现风能、机械能、电能之间的转换。发电机组所在环境风力较小，应尽可能增强发电机组捕获风的能力，提升发电功率；发电机组周边风力过大，应综合分析机组结构强度和发电容量，减少或规避机组过载情况，确保机组安全、可靠运行，维持发电功率的稳定。常用风电机组功率调控技术包括定桨距失速调控、变桨距调控以及风轮控制。

4.2加大优化电能质量的力度

电能质量的理想状态是形成正弦波，受各种因素影响，电波波形通常会出现偏离现象。对当前的电能状态进行分析可知，多数地区均有电能质量不高的状况，需针对电能质量进行优化与控制。不断优化电功率，保证形成无功就地平衡状态，确保供电半径具有较强的合理性；根据实际需求选择合理的供电线路导线截面，对变电与配电设备的配置进行科学设计，防止超负荷问题出现；合理设置调压措施，调压措施的应用能够有效解决变压器加装存在的各种问题。

4.3实施“零”电压穿越策略

实施“零”电压穿越策略，满足电网对风力发电机组低电压穿越能力的要求；（1）通过采用大功率网侧变频器GSC、机侧变频器MSC，解决因变频器容量小，“零”穿越的瞬间短路电流较大，对发电机冲击较大，而变频器的泄放能力有限，变频器会自我保护而停机的问题。（2）通过采用高阻抗电压的变压器，当PCC1点电网电压跌落到“零”时，风机出口电压与电网电压仍存在一定的电压降dUT，因变压器电抗值较大，该电压降dUT也较大。（3）通过风机提供的无功电流IQ可以进一步提高风机出口电压，从而有效保证风电机组能够在电网发生短路，电网PCC1点电压跌落为“零”时，风机仍不脱网，实现双馈风力发电机组的“零”电压穿越。

4.4增加并网发电监测力度

在应用风力发电并网技术期间，为确保该项技术的使用效果，相关部门应采取合适举措增加并网发电监测力度，并利用对该项信息数据的适宜控制来切实解决并网发电的运行过程。通常来讲，在控制并网技术期间，相关部门应及时明确风力发电和光伏发电中的各项内容、信息数据，对各项发电情况进行恰当管理，有效明确该项发电工作的数据指标，为此后风力发电和光伏发电的融合打下坚实的基础。在增设并网发电监测水准的过程中，相关部门要合理设计应用不同类型的监测设备，将该类设备安置在对应的监测位置中，利用对不同监测位置的适宜控制，有效缩减并网发电中遇到的问题，全面增强对各项问题的控制性。

4.5实施恒无功功率控制策略

当风力发电机上网点电压降低/升高时，对电网提供无功功率支撑，发出/吸收无功电流，帮助风力发电机电压恢复；所述恒无功功率控制策略的具体步骤是，首先判断风力发电机组实际发出的无功量Qx，然后根据中控室的无功给定指令值Q，求出风力发电机组需补偿的无功量△Q，即△Q＝Q-Qx；根据当前电压值求出需提供支撑的无功电流值IQ，控制无功电流流入/流出风机，从而实现了恒无功控制策略。

结束语

双馈风力发电机组并网发电过程中存在一些因风能不稳定性引发的问题，改善这种问题需要了解发电机组并网发电的特性，在此基础上进行稳定性和性价比的优化。

参考文献

[1]严俊,董知周,刘亮亮.风光互补发电系统并网逆变器控制策略研究[J].电气自动化,2022,44(01):27-30.

[2]秦生升.风力发电并网技术与电能质量控制分析[J].电子技术，2022,51(01):110-111.

[3]高峰.风力与光伏发电的并网问题分析[J].集成电路应用，2021,38(12):180-181.

[4]张连源.太阳能光伏发电技术现状与发展探讨[J].光源与照明，2021(07):60-61.

[5]申南轩.风电场并网运行的故障特性分析及保护策略研究[D].河北：华北电力大学,2018.