風(fēng)電微網(wǎng)并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

陳珂　尹雪雪　胡海濤

【摘 要】針對目前我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投運(yùn)數(shù)量的不斷增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投切使電網(wǎng)的潮流分布發(fā)生改變。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率隨風(fēng)速不斷變化的特性使風(fēng)力發(fā)電并入點(diǎn)網(wǎng)對電網(wǎng)的穩(wěn)定性的影響不容忽視。通過對目前我國主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)與工作方式進(jìn)行分析，參考目前世界上主流的微網(wǎng)并網(wǎng)方式，從而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入點(diǎn)網(wǎng)后當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響進(jìn)行研究，最后提出一系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)時減小對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性負(fù)面影響的方法。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；微網(wǎng)；電力系統(tǒng)；暫態(tài)穩(wěn)定

0 緒論

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大量的化石能源被不斷地消耗，人們急需開發(fā)化石能源以外的新能源。風(fēng)力發(fā)電作為新能源領(lǐng)域中技術(shù)最為成熟的電源，現(xiàn)在已經(jīng)成為全球新能源發(fā)展的主力，以風(fēng)電微網(wǎng)的形式接入電網(wǎng)成為分布式風(fēng)力發(fā)電最有效的形式。由于風(fēng)能具有波動性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，所以經(jīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而成的電能非常不穩(wěn)定。隨著我國風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模的增加，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響成為了一個不可忽視的問題。

1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

1.1 恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)

恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)是指當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時，風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不做出相應(yīng)的變化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，這類系統(tǒng)與電網(wǎng)剛性連接。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、技術(shù)成熟、控制方式簡單。但由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，當(dāng)風(fēng)速不斷變化時，葉尖比不可能保持最佳值，造成風(fēng)能大量浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)剛性連接電網(wǎng)使電網(wǎng)承受較大的沖擊電流，造成電壓波動。

1.2 變頻恒速發(fā)電系統(tǒng)

變頻恒速發(fā)電系統(tǒng)是指當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速成正比，通過對轉(zhuǎn)速的控制達(dá)到恒定的最佳葉尖比，使風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率始終保持最大值，從而輸出的功率相較于恒速恒頻系統(tǒng)高。通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵磁電流改變定子電壓，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)柔性并網(wǎng)。目前變頻恒速發(fā)電系統(tǒng)已成為各大風(fēng)場廣泛采用的并網(wǎng)方式。

2 風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組容量的不斷增大，電網(wǎng)故障器件或故障切除后風(fēng)機(jī)暫態(tài)特性將影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。其主要反映在對同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性的影響和對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響。

2.1 對同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性的影響

在系統(tǒng)發(fā)生故障后，同步發(fā)電機(jī)能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的主要參考。暫態(tài)穩(wěn)定性研究首先是要分析風(fēng)機(jī)并入電網(wǎng)對系統(tǒng)內(nèi)同步發(fā)電機(jī)組的功角穩(wěn)定性的影響。

故障臨界切除時間是系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，一般用系統(tǒng)臨界切除時間的變化來反映風(fēng)機(jī)并網(wǎng)對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性的影響。[2]

系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度為：

式中，Adec和Ainc標(biāo)示動能增加面積和動能減少面積。若Adec>Ainc，則系統(tǒng)功角穩(wěn)定；若Adec

2.2 對系統(tǒng)電壓的影響

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入的電網(wǎng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓的變化會異于系統(tǒng)內(nèi)同步發(fā)電機(jī)組機(jī)端電壓變化，從而引起系統(tǒng)電壓波動，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

感應(yīng)電機(jī)加速區(qū)和減速區(qū)通過感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械功率和電磁功率的差值區(qū)分，節(jié)點(diǎn)電壓直接影響感應(yīng)電機(jī)的工作狀態(tài)。[3]

暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度：

電壓裕度是某一時刻滑差倒數(shù)的負(fù)值對機(jī)械功率的比值，通過暫態(tài)電壓裕度可以得出感應(yīng)電動機(jī)是加速狀態(tài)還是減速狀態(tài)。

3 風(fēng)電并網(wǎng)提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的方法

3.1 提高電網(wǎng)低電壓穿越能力

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電壓迅速降低，造成電網(wǎng)能電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)電流局部偏高的現(xiàn)象，如果不加以控制，會造成直流端電壓不斷升高，從而影響電機(jī)變流器正常云狀，從而造成電流及攻略的變化，產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩。通過提高電網(wǎng)的低電壓穿越能力可以最大限度保證電機(jī)在電網(wǎng)發(fā)生故障時保持可操作性和穩(wěn)定性。[4]

3.2 改善風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行頻率

一般情況下的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行頻率的波動在一個可接受的范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，該頻率不超過額定范圍，系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)功率缺失無功功率的增加使得電壓驟升，從而電機(jī)機(jī)組功率下降，超出正常范圍，從而影響機(jī)組的正常運(yùn)行。通過改善風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行頻率可以使風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)故障條件下保持機(jī)組的穩(wěn)定性。

3.3 加強(qiáng)系統(tǒng)無功補(bǔ)償

當(dāng)電網(wǎng)受到故障干擾，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的最重要的措施是通過無功補(bǔ)償設(shè)備在電網(wǎng)發(fā)生故障時對其進(jìn)行無功補(bǔ)償。風(fēng)電機(jī)組的無功補(bǔ)償裝置具有動態(tài)連續(xù)調(diào)解的作用。在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的過程中，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定十分關(guān)鍵，其轉(zhuǎn)速大小對電網(wǎng)無功補(bǔ)償具有重要的作用。

4 結(jié)束語

本文通過對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究，論述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。通過分析得出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)情況下提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的方法。對風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展和提升電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性具有重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉斯偉.并網(wǎng)雙饋風(fēng)電機(jī)組對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響機(jī)理研究[D].華北電力大學(xué)（北京）華北電力大學(xué)，2016.

[2]鄭元杰.大規(guī)模雙饋風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響[D].華北電力大學(xué)（北京）華北電力大學(xué)，2014.

[3]馬琪.風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響研究[D].山東大學(xué)，2012.

[4]盧佳.風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響[J].電子測試，2016（10x）：118-119.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]