風電微網并網對電力系統暫態穩定性的影響

陳珂　尹雪雪　胡海濤

【摘 要】針對目前我國風力發電機組投運數量的不斷增加，風力發電機組的投切使電網的潮流分布發生改變。風力發電機組輸出功率隨風速不斷變化的特性使風力發電并入點網對電網的穩定性的影響不容忽視。通過對目前我國主流的風力發電機組的結構與工作方式進行分析，參考目前世界上主流的微網并網方式，從而對風力發電機組并入點網后當電網發生故障時對電網暫態穩定性影響進行研究，最后提出一系列風力發電機組并網時減小對電網暫態穩定性負面影響的方法。

【關鍵詞】風力發電；微網；電力系統；暫態穩定

0 緒論

隨著世界經濟的不斷發展，大量的化石能源被不斷地消耗，人們急需開發化石能源以外的新能源。風力發電作為新能源領域中技術最為成熟的電源，現在已經成為全球新能源發展的主力，以風電微網的形式接入電網成為分布式風力發電最有效的形式。由于風能具有波動性和隨機性的特點，所以經風力發電系統轉換而成的電能非常不穩定。隨著我國風電場裝機規模的增加，風力發電系統對電力系統穩定運行的影響成為了一個不可忽視的問題。

1 風力發電技術

1.1 恒速恒頻發電系統

恒速恒頻發電系統是指當風速發生變化時，風電機的轉速不做出相應的變化風力發電系統，這類系統與電網剛性連接。優點是結構簡單、成本低、技術成熟、控制方式簡單。但由于風機轉速恒定，當風速不斷變化時，葉尖比不可能保持最佳值，造成風能大量浪費。風機剛性連接電網使電網承受較大的沖擊電流，造成電壓波動。

1.2 變頻恒速發電系統

變頻恒速發電系統是指當風速發生變化時，風機的轉速和風速成正比，通過對轉速的控制達到恒定的最佳葉尖比，使風機的風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高。通過調節風機發電機轉子的勵磁電流改變定子電壓，實現與電網柔性并網。目前變頻恒速發電系統已成為各大風場廣泛采用的并網方式。

2 風電機組并網對電力系統暫態穩定性的影響

隨著電力系統中風電機組容量的不斷增大，電網故障器件或故障切除后風機暫態特性將影響電力系統暫態穩定性。其主要反映在對同步發電機穩定性的影響和對系統電壓穩定性的影響。

2.1 對同步發電機穩定性的影響

在系統發生故障后，同步發電機能否繼續保持同步運行是電力系統暫態穩定性分析的主要參考。暫態穩定性研究首先是要分析風機并入電網對系統內同步發電機組的功角穩定性的影響。

故障臨界切除時間是系統暫態穩定性的重要衡量標準，一般用系統臨界切除時間的變化來反映風機并網對系統暫態功角穩定性的影響。[2]

系統的暫態功角穩定裕度為：

式中，Adec和Ainc標示動能增加面積和動能減少面積。若Adec>Ainc，則系統功角穩定；若Adec

2.2 對系統電壓的影響

當風力發電機組接入的電網發生故障時，系統內的風電機組機端電壓的變化會異于系統內同步發電機組機端電壓變化，從而引起系統電壓波動，對電網的穩定性產生影響。

感應電機加速區和減速區通過感應電機的機械功率和電磁功率的差值區分，節點電壓直接影響感應電機的工作狀態。[3]

暫態電壓穩定裕度：

電壓裕度是某一時刻滑差倒數的負值對機械功率的比值，通過暫態電壓裕度可以得出感應電動機是加速狀態還是減速狀態。

3 風電并網提高系統暫態穩定性的方法

3.1 提高電網低電壓穿越能力

當電力系統發生故障時，電壓迅速降低，造成電網能電機轉子出現電流局部偏高的現象，如果不加以控制，會造成直流端電壓不斷升高，從而影響電機變流器正常云狀，從而造成電流及攻略的變化，產生系統振蕩。通過提高電網的低電壓穿越能力可以最大限度保證電機在電網發生故障時保持可操作性和穩定性。[4]

3.2 改善風電機組的運行頻率

一般情況下的風電機組運行頻率的波動在一個可接受的范圍內。當電網運行穩定，該頻率不超過額定范圍，系統正常運行。當電網出現故障時，系統功率缺失無功功率的增加使得電壓驟升，從而電機機組功率下降，超出正常范圍，從而影響機組的正常運行。通過改善風電機組的運行頻率可以使風機在系統故障條件下保持機組的穩定性。

3.3 加強系統無功補償

當電網受到故障干擾，維持系統電壓穩定的最重要的措施是通過無功補償設備在電網發生故障時對其進行無功補償。風電機組的無功補償裝置具有動態連續調解的作用。在風力發電并網的過程中，風電機組轉速對系統運行穩定十分關鍵，其轉速大小對電網無功補償具有重要的作用。

4 結束語

本文通過對風力發電并網對電力系統暫態穩定性的研究，論述了風力發電機組并網對電力系統暫態穩定性的影響。通過分析得出了風力發電機組并網情況下提高系統暫態穩定性的方法。對風力發電的發展和提升電網暫態穩定性具有重要的意義。

【參考文獻】

[1]劉斯偉.并網雙饋風電機組對電力系統暫態穩定性的影響機理研究[D].華北電力大學（北京）華北電力大學，2016.

[2]鄭元杰.大規模雙饋風電并網對電力系統暫態穩定性的影響[D].華北電力大學（北京）華北電力大學，2014.

[3]馬琪.風電并網對系統電壓穩定性影響研究[D].山東大學，2012.

[4]盧佳.風電并網對電力系統暫態穩定的影響[J].電子測試，2016（10x）：118-119.

[責任編輯：朱麗娜]