風(fēng)電場對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

傅鍇

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，能源及環(huán)境問題已經(jīng)成為危害社會發(fā)展的首要問題，因而必須開發(fā)新的可再生資源，風(fēng)能發(fā)電是未來發(fā)電的一種趨勢，近些年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展正在日趨完善化。但是與此同時(shí)，而風(fēng)電場對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有一定的關(guān)聯(lián)性，文章中主要分析了風(fēng)電場接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，針對其存在的問題給予完善的解決措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；電力系統(tǒng)；穩(wěn)定性；影響

中圖分類號：TM614；TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0064-02

基于現(xiàn)狀分析來看，風(fēng)能發(fā)電在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，而且風(fēng)能屬于可再生能源具有良好的應(yīng)用前景。由于風(fēng)電機(jī)組類型的差異性，他們的結(jié)構(gòu)也有著一定的區(qū)別，因而對于電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響也不同，風(fēng)電場在接入電網(wǎng)時(shí)需要綜合考量，降低其對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，提高發(fā)電效率。本文中針對風(fēng)電場對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響展開論述，然后提出相應(yīng)的解決方案。

1 風(fēng)電機(jī)組技術(shù)

風(fēng)能作為可再生資源在實(shí)際生產(chǎn)生活中得到了大面積推廣，而風(fēng)能發(fā)電是現(xiàn)階段電力系統(tǒng)傳輸?shù)囊环N有效形式。通常情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，按照速度控制能力，還有應(yīng)用功率控制類型，主要可以分為四種類型：分別是鼠籠式異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)、繞組式異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)、多級永磁同步發(fā)電機(jī)，其中，針對第一種類型來說，它的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，而且效率相對較高，最關(guān)鍵的是無需時(shí)常維護(hù)，因而在實(shí)際生產(chǎn)生活中應(yīng)用范圍最廣。

然而異步感應(yīng)風(fēng)電機(jī)來說，其在發(fā)出有功功率過程中，基本同步吸取無功功率，必須加裝無功補(bǔ)償；除此之外，感應(yīng)電機(jī)在啟動過程中，相對應(yīng)的電流涌流較大，必須借助軟啟動裝置。而對于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其自身具有諸多優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，其能夠最大可能捕獲風(fēng)能；

第二，降低在運(yùn)行過程中的應(yīng)力，主要是機(jī)械部件位置應(yīng)力；

第三，具有較寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，這樣才能適應(yīng)風(fēng)速的變化，繼而帶動風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化；

第四，針對有功及無功功率而言，可以有效實(shí)現(xiàn)兩者的解耦控制，應(yīng)用靈活控制策略，在某種層面上能夠優(yōu)化有功功率，而且還可以完善無功功率；

第五，促使25%-30%的發(fā)電機(jī)功率，借助電力電子裝置轉(zhuǎn)化，然后轉(zhuǎn)化介入電網(wǎng)，這樣電能推廣就會不斷遞增。

2 電壓穩(wěn)定性

2.1 異步感應(yīng)電機(jī)風(fēng)電場

電網(wǎng)運(yùn)行過程中需要綜合考慮多種因素，特別是針對大范圍風(fēng)電機(jī)組，由于其切機(jī)帶來一定的問題，較為明顯的是電壓穩(wěn)定。

針對一般大容量發(fā)電廠來說，推出運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)楹鋈皇ゴ蟛糠譄o功注，將會容易發(fā)生電壓崩潰危險(xiǎn)。針對被切風(fēng)電場機(jī)組，其屬于感應(yīng)發(fā)電機(jī)類型，那切機(jī)效果正好相反，從某種程度來說，極易形成較多的無功富余。

異步感應(yīng)電機(jī)風(fēng)電機(jī)組而言，其風(fēng)電場具有自身的特點(diǎn)，假設(shè)其輸出有功功率有所遞增，相對應(yīng)的無功功率也隨之遞增，與此同時(shí)，因?yàn)榫€路輸送過程中有功功率遞增，將會引發(fā)線路電抗無功增長，并且和線路電流平方成正相關(guān)。所以不論是對風(fēng)電場來說，還是其等值線路，其總無功負(fù)荷輸出相對較高，特別是在風(fēng)電出力較大的前提下。

假設(shè)機(jī)端并聯(lián)電容器，其提供無功功率，和線路充電功率，兩者之和基本上高于風(fēng)電場的無功功率，在這樣的前提下，風(fēng)電場機(jī)端電壓情況能夠得以改善。因?yàn)轱L(fēng)電場無功源，一般情況下都屬于并聯(lián)電容器性質(zhì)，因而其輸出無功及電壓值，從某種程度來平方成正比，而且不能給予足夠無功支持，促使其電壓穩(wěn)定性降低。

2.2 雙饋感應(yīng)電機(jī)風(fēng)電場

雙饋感應(yīng)電機(jī)，其自身具有非常顯著的優(yōu)勢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有功解耦控制，而且還可以無功解耦控制。所以，基于雙饋感應(yīng)電機(jī)，其變速風(fēng)電場無功存在決定性因素，即與雙饋風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控有關(guān)。通常情況下，雙饋風(fēng)電機(jī)組，由其構(gòu)成的風(fēng)電場，在某種程度上可以控制風(fēng)電場出口，還有電網(wǎng)之間無交換，存在的無功功率，也就是說在整個(gè)風(fēng)電場內(nèi)，基本上來說是不消耗無功的。

因此，風(fēng)電場、等值線路，兩者之間的無功消耗，屬于系統(tǒng)無功負(fù)荷，相較于上述電機(jī)風(fēng)電場，該風(fēng)電場無功消耗逐步變小，而且其電壓穩(wěn)定性較為明顯，相較于上述風(fēng)電場具有自身的優(yōu)勢。

2.3 對短路電流的影響

從目前情況分析，現(xiàn)階段應(yīng)用率較高的當(dāng)屬異步發(fā)電機(jī)，一旦風(fēng)電場接入電網(wǎng)，將會在某種程度增加相應(yīng)的短路電流，因而短路電流成為非常重要的參考指標(biāo)，必須考慮對其的影響。短路電力自身衰減速度較快，而且具有極高的初值，在參考風(fēng)力機(jī)裝機(jī)容量時(shí)，還需對短路電流實(shí)施計(jì)算，主要針對所有電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處，通過計(jì)算結(jié)果推動是否超出額達(dá)容量。

風(fēng)電場并網(wǎng)可以造成非常不利的影響，尤其是對電網(wǎng)短路容量影響甚是嚴(yán)重，伴隨短路容量的遞增，將會有可能破壞電網(wǎng)保護(hù)裝置，超出容量最大值。在存在故障的前提下，風(fēng)電組電路系統(tǒng)必須發(fā)揮自身的職能作用，有效配合電網(wǎng)保護(hù)裝置，降低對電網(wǎng)不良影響。

2.4 風(fēng)電并網(wǎng)于電網(wǎng)沖擊

針對異步發(fā)電機(jī)來說，在并網(wǎng)過程中必須要注意，需要其相序和電網(wǎng)一致，特別是在轉(zhuǎn)速方面盡量是同步效率，由此才能促進(jìn)并網(wǎng)順利進(jìn)行。異步發(fā)電機(jī)自身存在一定的缺陷性，沒有勵磁裝置，而且發(fā)電機(jī)自身并不存在電壓，在并網(wǎng)過程中，需要有一個(gè)過渡過程，并且在過程中形成沖擊電流，其電流值高出額定電流，歷經(jīng)幾s之后進(jìn)行穩(wěn)定狀態(tài)。而沖擊電流的大小，主要是與以下因素有著密不可分的關(guān)系，如電網(wǎng)電壓、發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗、并網(wǎng)滑差等等，必須引起足夠的重視。

3 頻率穩(wěn)定性

整個(gè)電力系統(tǒng)而言，必須是相同頻率運(yùn)行，針對電力系統(tǒng)來說，其產(chǎn)生的電能，還有消耗電能基本持平，從某種意義上來說，頻率是非常重要的參考值，是系統(tǒng)能量產(chǎn)生及消耗的參考指標(biāo)，例如：電力系統(tǒng)中，假設(shè)其發(fā)出電能過剩，與此同步發(fā)電機(jī)就會加速，隨之系統(tǒng)頻率增加；反之，發(fā)電機(jī)將減速，系統(tǒng)頻率下降。

針對電網(wǎng)來說，當(dāng)其出現(xiàn)頻率較大的降低事故，系統(tǒng)的慣量將會發(fā)揮自身的功能性作用，主要對頻率降低變化率有一定的影響，可以說發(fā)揮決定性作用，慣量越低，系統(tǒng)頻率降速相對較低。假設(shè)電網(wǎng)增加相關(guān)元素時(shí)，比如同步發(fā)電機(jī)，相對應(yīng)的就會增加電網(wǎng)慣性；但是因?yàn)殡姎馓匦缘牟町愋?，風(fēng)力發(fā)電組不可能具有上述屬性；而針對較為嚴(yán)重頻率事故，降低所有慣量響應(yīng)是存在威脅性。

近些年來，針對風(fēng)電樁機(jī)容量而言，其在系統(tǒng)中的比例不斷遞增，而風(fēng)電并網(wǎng)之后，系統(tǒng)頻率是否具有安全性，或是頻率的穩(wěn)定性，這些都是值得探討的問題。

風(fēng)力發(fā)電功率的遞增，在某種層面上對于電力系統(tǒng)有著非常大的影響，確定這一情況之后，需要解決一個(gè)非常關(guān)鍵性的問題，就是機(jī)組慣量響應(yīng)。

針對規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)其接入電網(wǎng)之后，將去取代系統(tǒng)中部分發(fā)電機(jī)組；假設(shè)風(fēng)電機(jī)組不能發(fā)揮自身的性能，不具備慣量的功效，將會降低系統(tǒng)慣量，而且將會對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性有著一定的影響。

針對類型存在差異的風(fēng)電機(jī)組，其在結(jié)構(gòu)上也是不同的，一旦接入電網(wǎng)將會產(chǎn)生非常不利的影響，特別是對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性有著極強(qiáng)的影響，而且是程度不一。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，選取感應(yīng)發(fā)電機(jī)能源的轉(zhuǎn)化，將機(jī)械能經(jīng)過轉(zhuǎn)化成為電能，對于這個(gè)類型的發(fā)電機(jī)組來說，難以有效控制頻率，而且電壓調(diào)節(jié)也很困難；但是，因?yàn)檗D(zhuǎn)速及系統(tǒng)頻率兩者之間存在必然聯(lián)系，利用變速箱形成耦合關(guān)系，一旦系統(tǒng)頻率下降，從某種意義上來說，將可以帶給電網(wǎng)慣性響應(yīng)，而響應(yīng)的大小，將是由兩種元素決定的，其一是轉(zhuǎn)子上能量，其二是頻率變化。

而在變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，直驅(qū)式發(fā)電機(jī)，相對應(yīng)的發(fā)電機(jī)組，可以有效將風(fēng)能變成電能，再記住電力電子裝置，然后并入電網(wǎng)；而基于DFIG風(fēng)電機(jī)組來說，可以直接接入電網(wǎng)。根據(jù)研究顯示，應(yīng)用恰當(dāng)控制策略，將能夠增加輔助控制，從而促使雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)組更好的發(fā)揮自身的作用，給予慣性響應(yīng)，繼而對電網(wǎng)可用。

4 結(jié) 語

總體來說，風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)成為現(xiàn)階段電力運(yùn)輸?shù)囊环N有效形式，然而由于發(fā)電機(jī)組的差異性，風(fēng)電場對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有極大的影響，最終關(guān)系到發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文中主要論述了現(xiàn)階段風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組對于電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響，并根據(jù)于此給予相應(yīng)的解決方案，以此促進(jìn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)。

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