风力发电并网对系统稳定性的影响

张峰

摘要：当今社会，风能作为一种可再生且十分清洁的能源，因此风力发电这项，得到了政府和大众的支持。由于风力发电站以及它的相关场所占到的规模越来越大，因此在我国的电力事业中占有的比例也在不断的升高当中，再加之风能具有丰富性以及灵活性，而且风力发电站一般处在人烟稀缺的区域，因此需要承受的电流冲击将会比一般发电站更大，如不能妥善的进行处理解决，很有可能会对整个电力网造成谐波污染以及其他方面的质量问题。本文对风力发电并网对系统稳定性的影响进行了分析。

关键词：风力发电；并网技术；影响

引言

目前，风力发电是新能源发电使用最多的方式之一，目前大量新建的风电场直接接入输电网，而风机是旋转设备，因此其对电力系统稳定运行一定会产生影响。对双馈感应电动机的模型及其控制装置进行了建模，并对其接入电力系统后，对电网的电压稳定性的影响进行了研究。仿真结果显示，风机的特征及控制将对电力系统的电压稳定性产生严重影响。

1风力发电并网的技术基础与核心

1.1同步风力发电机组并网技术

同步风力发电的机组实际上，即是将风力发电机以及同步发电机进行有机交融。怎么能够将风力发电机以及同步发电机有机交融，一向是电力专家学者关键研讨的核心。绝大多数状况下，由于风速动摇比较明显，会使转子转矩呈现大幅度动摇，就会使并网调速无法达到同步发电机的精度。假如并网以后的工作当中，相关人员未能及时合理的考虑到上述疑问，尤其是重载运转时，全部系统会呈现无功振动或是失步状况。

1.2异步风力发电机组的并网技术

异步风力发电机对对其调速的精度要求不是很高，既不需要同步设备，也不需要整步操作，要求同步转速以及转速保持一致或者是相差的不要过大。风力发电机与异步风力发电机有机交融以后，全体的操控设备并不杂乱，并网以后通常情况下是不会再呈现无功振动或出现失步状况，全体运转非常安全可靠。不过，异步发电机机组并网并不简单，需求处理许多不容易解决的问题。举例来说，假如风力发电机与异步风力发电机直接并网，有很大几率产生大冲击的电流，此时电压就会直下降，这就致使电力系统发生了运转危险。

2风力发电系统模型

双馈感应电动机其定子绕组与电网直联，转子绕组通过背靠背双PWM变流器馈入电网。通过在转子绕组中加入变频电流，从而在定子绕组内感应出恒频的电动势，实现风电机组变速恒频运行。通过变频控制转子电流来实现有功功率和无功功率解耦控制，通过桨距角控制来实现最大化捕获风能，提高风能转换效率。

2.1双馈电动机变流器控制器

当风速低于额定风速时，风力发电系统主要通过变流器控制实现转子励磁电压调节；当风速高于额定风速时，主要通过变流器和桨距角共同控制，提高风能利用效率，并改善风电的电能质量。本文所采用的双馈风电机组控制系统如图1所示，分为机侧变流器控制和网侧变流器控制。

图1

2.1.1转子侧变流器的矢量控制策略

双馈风力发电机组通过转子侧变流器对转子侧绕组进行交流励磁，控制风力发电机组转子的转速和电压，从而实现有功及无功功率的解耦控制。目前比较常用的控制技术是基于定子磁链定向的矢量控制，该控制方法将dq同步旋转坐标系的d轴定义在定子合成磁链上，采用发电机三阶模型，可得到双馈风力发电机组矢量控制系统。

2.1.2网侧变流器矢量的控制策略

网侧变流器的矢量操控主要是到达对电网与风力发电系统网侧变流器之间的有功及无功的解耦。利用调理其有功电流重量的巨细，不只确保直流母线上的电压维持在必定的数值。同时还能够通过调理无功电流重量来改动电网以及网侧变流器的无功。

3案例分析

并网风电系统电压稳定性是指风电系统维持电压的情况，即风电系统各母线电压在正常以及系统受到扰动后的动态过程中，被控制在允许偏差范围之内的功能，这种被允许的偏差称为电压的波动范围。本文通过对风力发电机组动态特性进行研究，以反映系统在风速扰动时机组的动态响应特性，并对并网系统所采用的控制策略的合理性进行验证。

3.1仿真系统介绍

为了验证这篇文章所选用的桨距角操控战略的合理性，规划了并网风电体系图，如图3所示。风电场由双馈风力的发电机构成，风电场正常运行时向并网体系馈入有功功率，从电网吸收无功功率。如果从电网侧来调查，该风电场是一个既能输出有功，一起也能够吸收无功的“负荷”。经过仿真所选用的实验体系由6台同类型的双馈风力发电机组组成的风电体系，单台风力机额外功率为1.5MW，将它们等效成一台风力机，用一个仿真模块表明，使用MATLAB/Simulink体系仿真软件建立仿真模型。其间，风电场额外出口电压为690V，经升压变压器将电压增加至25kV，其间经过长为30km架空线路后再次进行升压，将电压增加至120kV，最后并入电网。并网风电系统仿真结构图如图2所示。

a120KV出口电压和风速波形

b风力机转速，风电厂输出功率

（3）25kV侧发生两相接地故障

本文以T2变压器25kV侧处发生两相接地故障为例，仿真系统发生两相接地故障，在t＝15s时发生AB两相接地故障，0.1s后故障消除。其仿真结果如图4所示，图4a分别为25kV侧和690V侧ABC三相电压（p.u.），图8b分别为风机转速（p.u.）和风电场输出功率（MW）。

通过对T2变压器25kV侧处出现两相接地故障仿真结果分析可以看出：T2变压器25kV侧AB两相出现接地的故障，AB两相电压就会变为0，C相电压为1.4p.u.，此刻风电场的出口电压也将受到影响，电压降至0.1p.u.，从图4b中可以观察出，t＝15.11s时，风电场由于低压保护动作被切除，风电场输出有功功率为零，即表示风电场将从系统中退出。

结束语

本文通过搭建双馈感应电动机模型及在分析双馈感应风力发电机组控制系统模型的基础上，建立风电场并网系统仿真模型，研究风电场并网对系统电压稳定性的影响。基于DFIG风电场不加附加控制的情况下系统稳定性差，在系统受到扰动时很容易被切除，因此，必须对其进行附加控制，以确保其并网后能够在受到扰动的情况下继续稳定地运行。

参考文献：

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