風(fēng)電場中多端柔性直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用

張睿 申艷紅 邵瑞博

摘要

本文首先針對風(fēng)電場輸出特征進(jìn)行簡單闡述，其次與實際情況進(jìn)行結(jié)合，提出多端柔性直流輸電系統(tǒng)在風(fēng)電場中的實際應(yīng)用策略，為風(fēng)電場的正常安全穩(wěn)定運行提供有效保障。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場 多端柔性 直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用措施

在當(dāng)前我國社會經(jīng)濟不斷快速發(fā)展的背景下，越來越多的能源被廣泛應(yīng)用，雖然能夠給人們提供良好的生活環(huán)境和生活需求，但是我國資源已經(jīng)嚴(yán)重出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電是我國重要的可再生能源之一，風(fēng)力發(fā)電的整體開發(fā)容量相對比較大，而且具有清潔性良好的特征，已經(jīng)逐漸成為電力系統(tǒng)在運行過程中增長最快的能源之一。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可以看出，一直到 2007年年底的時候，我國大陸已經(jīng)建設(shè)而成的風(fēng)電場達(dá)到了158個，風(fēng)電機組累計安裝數(shù)量達(dá)到了6469臺。

1 風(fēng)電場輸出特性分析

變速恒頻技術(shù)是現(xiàn)階段在風(fēng)電場的實際運作過程中，比較常見的一種技術(shù)。這種技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，無論是在結(jié)構(gòu)或者是在運行方面，都可以直接形成一種驅(qū)動狀態(tài)，將其同步到發(fā)電機系統(tǒng)當(dāng)中，同時還能夠體現(xiàn)在雙饋感應(yīng)發(fā)電電機系統(tǒng)當(dāng)中。該技術(shù)在應(yīng)用時，由于其自身獨有的特征，同時受到一些外部因素條件的影響，該技術(shù)可以實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速預(yù)計電網(wǎng)頻率相互之間有效的解耦操作。通過這種方式科學(xué)合理自利用，不僅能夠從根本上促使風(fēng)力發(fā)電、電網(wǎng)兩者之間的問題得到有效控制。而且對于DFIC的整體運作，不僅能夠提高風(fēng)電機組在運行過程中的性能水平，而且還會促使變頻器的整體容量得到有效的降低。由此可以看出，DFIG在實際應(yīng)用過程中的作用和價值，奠定了其在日后會成為風(fēng)力發(fā)電的首選。因此，本文在針對該問題進(jìn)行分析時，將DFIG本身具有的輸出特性看作是一種必要前提條件。同時，實現(xiàn)DFIG輸出特征與風(fēng)電場輸出特征的一致性，在保證兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)相互運作。

DFIG就是指雙饋線感應(yīng)發(fā)電機組系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實際應(yīng)用時，可以直接通過變頻器的使用，對輸入轉(zhuǎn)子的勵磁電流頻率產(chǎn)生一定的改變影響。這樣不僅會對轉(zhuǎn)子磁場自身的旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，而且轉(zhuǎn)速如果處于變化狀態(tài)下的時候，那么針對電壓頻率輸出，也會產(chǎn)生一定的恒定影響。DFIG在具體使用時，其在單位功率的基礎(chǔ)條件下，有功功率會呈現(xiàn)出一種不平衡的狀態(tài)。由于受到這種不平衡現(xiàn)象的影響，所以風(fēng)電場在日常運作過程中，自身的母線上存在的電壓就會出現(xiàn)嚴(yán)重的波動現(xiàn)象。從而對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的破壞。VSC-MTDC在實際應(yīng)用過程中，為了保證其整體應(yīng)用效果，大多數(shù)都是直接狄用瞬時的狀態(tài)，實現(xiàn)對風(fēng)電場功率的有效傳輸。這樣不僅能夠從根本上保證母線電壓的有效性，而且還能夠提高其整體穩(wěn)定性。由此可以看出，風(fēng)電場在針對具體控制目標(biāo)進(jìn)行制定時，可以將其看作是交流電壓和定交流側(cè)有功功率。如圖1所示。

2 風(fēng)電場中多端柔性直流輸電系統(tǒng)的實際應(yīng)用策略

2.1 適用于風(fēng)電場的換流站控制器

通過對圖1中所展示出的內(nèi)容進(jìn)行分析可以得出，直流輸電系統(tǒng)在實際應(yīng)用時，能夠最大限度保證風(fēng)電場輸出的可靠性，與此同時，還能夠保證本地負(fù)荷在供電過程中的穩(wěn)定性。對圖1的內(nèi)容進(jìn)行解讀之后發(fā)現(xiàn)，換流器1、換流器3、電網(wǎng)這三者之間可以建立一種聯(lián)系，而這種聯(lián)系具有實質(zhì)性意義。通過這種連接方式，實現(xiàn)對本地負(fù)荷的有效供電。該系統(tǒng)與兩端VSC-HVDC系統(tǒng)相比，不僅能夠體現(xiàn)出更加靈活性和可靠性的優(yōu)勢特點，而且還能夠保證其經(jīng)濟性也得到有效提升。

與風(fēng)電場之間建立有效連接的換流器，一般都會利特有的有功功率與定交流電壓控制策略進(jìn)行有效結(jié)合，實現(xiàn)科學(xué)合理的把控。在與無源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接時，換流器一般都會利用一些定交流電壓控制策略對其進(jìn)行有效實施，這樣不僅有利于實現(xiàn)對電網(wǎng)的有效連接，而且還能夠直接通過直流電壓控制方法對其形成良好控制。也就是在具體操作中，可以根據(jù)實際情況，分別利用直流電壓控制措施，或者是在直流偏差控制的基礎(chǔ)上，對其功率進(jìn)行有效控制。

2.2 電網(wǎng)端在直流電壓偏差的多點直流電壓控制器

VSC1在實際運作過程中，其主要是利用直流電壓控制策略對其進(jìn)行落實。

該方法在實際應(yīng)用過程中，其主要是針對一些有功功率的平衡起到良好的維持作用，同時可以保證直流電壓自身的穩(wěn)定性。一旦在實踐中VSC-MTDC系統(tǒng)本身的有功功率不足時，VSC1可以直接由電網(wǎng)向直流網(wǎng)絡(luò)方向傳輸有功功率。但是如果VSC1出現(xiàn)故障的時候，那么系統(tǒng)自身的有功也會呈現(xiàn)出嚴(yán)重的不足，這樣就會導(dǎo)致直流電壓出現(xiàn)嚴(yán)重的下降影響。一旦VSC-MTDC系統(tǒng)自身的有功出現(xiàn)過剩的情況時，VSC1逐漸朝著電網(wǎng)進(jìn)行有功輸出的時候。在這種狀態(tài)下，如果VSC1由于故障退出，那么系統(tǒng)本身的有功就會出現(xiàn)過?，F(xiàn)象，這樣就會導(dǎo)致直流電壓逐漸上升。

為了能夠從根本上保證VSC-MTDC系統(tǒng)直流電壓自身控制效果達(dá)到最優(yōu)化，不僅要在VSC1中利用定直流電壓對其形成良好控制，而且還可以將直流電壓偏壓控制逐漸引入到VSC3中利用。這樣有利于促使其構(gòu)成直流電壓偏差控制的多點直流電壓控制措施，并且將該措施的作用和價值充分發(fā)揮出來。這種基本原理其實就是在VSC3、VSC1都處于正常工作的狀態(tài)下，其功率如果處于單獨控制的情況時，如果VSC1出現(xiàn)故障退出，那么對直流電壓進(jìn)行檢測時，如果超過允許范圍，那么自動由定功率控制就會住進(jìn)轉(zhuǎn)變成為由定直流電壓控制。

3 結(jié)束語

綜上所述，在直流電壓偏壓控制的具體落實過程中，多點直流電壓控制策略在實施時，會涉及到VSC-MTDC系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的實際運行過程中，需要結(jié)合實際情況，對運行模式進(jìn)行有效轉(zhuǎn)變，這樣不僅有利于提高其運行過程中的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，而且還能夠?qū)⑵浜侠響?yīng)用到風(fēng)電場和電網(wǎng)的連接當(dāng)中。

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