風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制技術(shù)要點分析

侯偉軍 齊蘇偉 內(nèi)蒙古華電新能源分公司

在大力提倡利用新型能源的背景下，風(fēng)能作為可再生能源，一直是人們重點研發(fā)和利用的對象。近幾年，在新能源產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的趨勢下，我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速。風(fēng)能可以通過一些技術(shù)手段轉(zhuǎn)化為人們生產(chǎn)生活所需要的各種能源，例如風(fēng)力發(fā)電等。因為我國的人口基數(shù)大，對能源的需求量也更大，這就需要更好更快地研發(fā)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)來促進社會的發(fā)展。

一、風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制的典型控制技術(shù)要點

（一）典型控制

風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制主要包括三個組成部分，即剛性目標、柔性目標和并網(wǎng)控制。剛性目標主要取決于規(guī)定的風(fēng)電機組與電網(wǎng)間平均功率與實際操作中的數(shù)據(jù)是否相同或相近，它是一個既定的目標，在實際操作中需要嚴格按照規(guī)定和要求進行操作。柔性目標的判斷預(yù)期正好與剛性目標相反，它主要取決于風(fēng)電機組與電網(wǎng)間有功功率和無功功率之間的動態(tài)平衡，沒有一個具體確定的數(shù)值。而并網(wǎng)控制則需要在剛性目標和柔性目標的基礎(chǔ)之上，將電壓和電流進行閉環(huán)處理，輸出可以檢測和控制的脈沖信號，從而對風(fēng)電機組的運行實現(xiàn)有效的控制。

（二）電壓協(xié)同

我國西北部作為風(fēng)力較為強勁的地區(qū)，已經(jīng)取代同步電機，建立了眾多的風(fēng)電裝機。但因為新型的風(fēng)力設(shè)備與傳統(tǒng)的風(fēng)力設(shè)備之間沒有做好充分的銜接，導(dǎo)致出現(xiàn)了電力系統(tǒng)的調(diào)頻和降壓能力降低和諧波畸變的問題。針對這兩個問題，需要采用以下兩個方面的措施進行解決。

1.基頻電壓支撐

要解決電力系統(tǒng)的調(diào)頻和降壓能力降低的問題，可采用PWM 變流器這一設(shè)備。PWM 變流器具有高度的靈活性，可以有效地控制風(fēng)電機組在基頻電壓動態(tài)變化時的不穩(wěn)定性，讓風(fēng)電機組能夠產(chǎn)生和同步電機相似的功能特性。并且通過協(xié)同轉(zhuǎn)子的動能釋放和轉(zhuǎn)速恢復(fù)控制，實現(xiàn)風(fēng)電機組的正常運行，為風(fēng)電機組提供持續(xù)不斷的基頻電壓支撐。2.諧波電壓補償

在替換掉傳統(tǒng)的同步電機之后，風(fēng)電裝機的建立導(dǎo)致出現(xiàn)了諧波畸變的問題。PWM 變流器同樣可以很好地解決這一問題。在高頻開關(guān)作用下，PWM 變流器可以調(diào)節(jié)電流的大小和頻率，從而很好地補償諧波畸變，并且為風(fēng)電運行機組提供了更加自由的運行環(huán)境。

諧波電壓的補償是電網(wǎng)友好型控制技術(shù)的一個重要體現(xiàn)，實現(xiàn)諧波電壓靈活補償?shù)闹饕緩绞翘摂M阻抗。將PWM 變流器與虛擬阻抗相結(jié)合，就能夠更加靈活地補償諧波電壓，解決諧波電壓的畸變問題。

二、風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制的電流調(diào)控技術(shù)要點

PWM 變流器作為風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制技術(shù)的一項重要工具，不僅能夠解決基頻電壓支撐和諧波電壓補償問題，它也在電流控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

（一）相位同步

相位同步是獲取控制基準和識別電網(wǎng)環(huán)境的重要結(jié)構(gòu)，主要分為鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)兩大類。鎖相環(huán)的另一個名字叫PLL，鎖頻環(huán)也被稱為FLL。根據(jù)相關(guān)的研究可以發(fā)現(xiàn)，盡管鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)能夠通過構(gòu)造虛擬電流和電壓具備與同步電機的機電暫態(tài)過程，但在弱電網(wǎng)下，風(fēng)電機組通過鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)實現(xiàn)相位同步時，電壓也會受到有功功率和無功功率的影響，給風(fēng)電機組的平穩(wěn)運行造成阻礙[1]。因此，對于相位同步這一技術(shù)與風(fēng)電機組之間的聯(lián)系而言，仍然需要專業(yè)人員進行分析和研究。

（二）目標電流跟隨

在電流的調(diào)控過程中，通常情況下會采用可實現(xiàn)多頻率電流統(tǒng)一調(diào)節(jié)的多頻電流控制器，來實現(xiàn)風(fēng)電機組輸出電流對多頻目標電流的快速無差跟隨。多頻電流控制器是實現(xiàn)目標電流無差跟隨的核心設(shè)備，它主要分為兩種類型，一是線性多頻電流控制器，二是非線性多頻電流控制器[2]。但這一方面的技術(shù)研發(fā)仍然較少，因此有必要對多頻電流調(diào)節(jié)器進行更深入的研究和分析，以便能夠更加快速地實現(xiàn)對多頻目標電流的高精度和無差跟蹤。

（三）寬頻振蕩阻尼

寬頻振蕩阻尼技術(shù)在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之初并沒有被專家學(xué)者引起過多的重視，然而在2015 年在新疆哈密地區(qū)的次同步振蕩發(fā)生之后，專家和學(xué)者的研究方向和內(nèi)容逐漸增加了寬頻振蕩問題。寬頻振蕩問題極易引發(fā)風(fēng)電機組大規(guī)模的脫網(wǎng)事故。在進行了大量的學(xué)術(shù)研究和實驗之后，阻抗分析法應(yīng)運而生。該方法具有可擴展性強、物理意義清晰等優(yōu)勢，在提出以后便被廣泛應(yīng)用于風(fēng)電機組并網(wǎng)的穩(wěn)定性分析上。但寬頻振蕩阻尼的技術(shù)研究成果多集中于風(fēng)電機組的個體化控制方面，還不能夠解決大多數(shù)系統(tǒng)間的寬頻振蕩問題。

（四）暫態(tài)故障穿越

由于PWM 變流器對電壓和電流的擾動耐受能力不足，盡管暫態(tài)故障穿越是現(xiàn)如今風(fēng)電機組并網(wǎng)運行最重要、最基本的要求，但暫態(tài)故障穿越在發(fā)生后仍存在嚴重過電流與過電壓的情況。針對這一情況，現(xiàn)如今最常用的風(fēng)電機組保護裝置主要是交流Crowbar 和直流Crowbar。許多專家學(xué)者都對這一情況提出了不同的解決辦法，但總體來說，大多存在新增裝備成本高、控制復(fù)雜等劣勢。想要解決在暫態(tài)故障穿越方面出現(xiàn)的問題，必須要強化有功與無功功率的協(xié)同支撐，確保風(fēng)電機組的暫態(tài)穩(wěn)定性。

三、結(jié)論

總體看來，風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制不僅能夠更加靈活地將風(fēng)電機組和電力系統(tǒng)聯(lián)系在一起，是應(yīng)對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)接入的重要舉措，也為我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了極大的便利。但科技的研究是沒有止境的，對于風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制的技術(shù)而言，仍需要不斷的科研和研究，以應(yīng)對出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況。