關于風力發電機組自動化并網運行之研究

劉磊

[摘 要]風力發電機組自動化并網運行的過程中，會對電網造成一定的影響。為此，除確保風力發電機組滿足自動化并網運行的要求之外，還應采取有效的控制策略，降低對并網運行的影響。基于此點，從風力發電機組自動化并網運行的基本要求入手，提出風力發電機組自動化并網運行的有效控制策略。

[關鍵詞]風力發電機組;自動化;并網運行;控制

一、風力發電機組自動化并網運行的基本要求

風能作為一種可再生能源，其具有分布范圍廣、儲量大、對環境無污染等特點，基于這一前提，風力發電技術獲得了快速發展，現已日漸成熟。風力發電機組（以下簡稱風電機組）的裝機容量逐年遞增，在電網中所占的比例越來越大。由于風電機組并網運行時，會對電網造成一定的影響。因此，所有需要自動化并網運行的風電機組均必須滿足如下要求：

（一）風電機組有功功率

風電機組應當具備參與電力系統調頻、調峰及備用的能力，并且應當配備性能完善的有功功率控制系統，該系統需要具備自動調節有功功率的能力;當風電機組的有功功率達到總額定出力的20%以上時，各機組應當能夠自動對有功功率進行連續、平滑地調節，而且應當可以參與電力系統有功功率的控制;風電機組應當可以接收并自動執行電力系統調度中心下達的有功功率控制指令;風電機組在正常運行的情況下，在風電并網及風速增長時，風電機組有功功率的變化情況，應符合電力系統安全、穩定、可靠運行的要求，有功功率變化的限值應由電力系統調度中心按接入頻率的調節特性進行確定，有功功率變化的允許限值如下表所示。

（二）風電機組功率預測

風電機組在自動化并網運行的過程中，功率預測應當滿足這些基本要求：風電機組應當配備性能完善的功率預測系統，且該系統應當具有短期和超短期功率預測的功能，應每間隔15min自動向電力系統的調度中心上報未來一段時間內的功率預測曲線，同時應每天按規定上報次日0-24時內的功率預測曲線。

（三）風電機組無功容量

為最大限度地降低風電機組自動化并網運行對電力系統運行穩定性造成的影響，風電機組的無功容量應當滿足如下要求：

1.無功電源

風電機組應當滿足功率因數在超前0.95-滯后0.95這一區間范圍內的動態可調性，如果風電機組的無功容量無法滿足電力系統的電壓調節需要時，必須加裝無償補償裝置。

2.無功容量配置

在對風電機組的無功容量進行配置時，除了應當遵循基本平衡的原則之外，還應與檢修備用的要求相符;如果是直接并網運行的風電機組，配置的無功容量應當能夠對線路中感性無功和的一半進行補償;配置的無功補償裝置類型應當與風電機組實際并網情況相符，具體可通過無功電壓的研究進行確定。

二、風力發電機組自動化并網運行的有效控制策略

目前，國內風電機組常用的并網運行方式有空載并網運行、負載并網運行以及孤島并網運行。在上述并網運行方式中，空載并網運行的控制過程相對比較簡單，并且容易實現。因此，空載并網的應用較為廣泛。

（一）空載并網運行的原理分析

風電機組空載并網運行前，發電機的定子端會形成一條開路，而轉子側則會自動接入雙PWM（脈沖寬度調制）變流器，并由變流器負責為發電機提供正常運轉所需的勵磁電流。同時，對轉子側的輸入電壓進行改變，以此來達到調節定子側電壓的目的。當風電場內的風速較小時，發電機的轉差率比較大。因此，不宜進行并網操作，若是進行并網控制，則會導致轉子側的電壓升高，將嚴重影響電網運行的穩定性。而在風速高于切入風速時，可通過變流器對轉子側的電壓進行調節，這樣便能控制定子電壓，使其達到并網運行要求。為確保風電機組能夠順利并網運行，可以采用矢量控制法中的模糊PI控制策略。

（二）并網運行控制策略

模糊控制技術具有非常突出的優勢，如無需精確的數學模型、魯棒性強、容錯能力強等，由此使得該技術在諸多領域中得到了廣泛應用。但是模糊控制器的精度并不是很高，并且還無法消除系統的穩態誤差。PI控制器具有結構簡單、可靠性高等特點，但PI參數的整定值并不是全局最優。因此，為了提升控制效果，本文提出一種模糊PI控制的方法，這種控制方法兼具模糊控制技術和PI控制器的優點，可在線對PI參數進行整定，并且能夠消除穩定誤差。

綜上所述，為最大限度地減輕風電機組自動化并網運行對電力系統運行穩定性造成的影響，必須保證風電機組滿足并網運行的要求。同時，應采取合理可行的控制策略，對風電機組并網運行進行有效控制。

參考文獻：

[1]張冬冬，韓順杰，于佳文，等.雙饋風力發電機并網運行控制及仿真[J].科技創新與應用，2018（6）：84-86.

[2]居鑫.雙饋風力發電機組柔性并網及低電壓穿越技術研究[D].重慶理工大學，2018.

[作者單位]

中國大唐集團新能源股份有限公司西南公司

（編輯：劉莉琴）