不同風電機組對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響探究

何二鋒

摘 要：現(xiàn)如今，隨著科技的進步，風力發(fā)電得到了快速發(fā)展，但是同時也由于所接入的風電量過大，導致其風電負荷具有更大的不確定性，而且負荷中心也距離能源基地較遠，這也使得系統(tǒng)的電壓越來越不具備穩(wěn)定性。本文針對不同風電機組，對于電網(wǎng)暫態(tài)的穩(wěn)定性所造成的影響，作出具體分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：風電機組;電網(wǎng);暫態(tài)穩(wěn)定性;影響

引言：

我國的電網(wǎng)系統(tǒng)在近些年不斷進步和發(fā)展，并且也越來越多的使用了風電機組進行發(fā)電。同時，這也會對電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，產(chǎn)生一定影響。因此，就需要對其影響因素進行研究，并在此基礎上，減少風電機組對于電網(wǎng)所產(chǎn)生的影響，提高電網(wǎng)暫態(tài)的穩(wěn)定性。

1風機模型對暫態(tài)仿真算例

在具體的研究過程中，首先進行了仿真模型的建立，其中包括39個節(jié)點。在這一節(jié)點網(wǎng)絡系統(tǒng)中，對于風電機組來說，是利用機組以及系統(tǒng)中的發(fā)電機之間的作用，從而產(chǎn)生對于系統(tǒng)的影響。所以，對于本研究來說，要確定好仿真風電場的接入點，并且在連接的時候，也要確保其能夠與常規(guī)的機組，具有較高的聯(lián)系。所以在進行設備連接時，就要在這些節(jié)點中，進行風電機組以及發(fā)電機之間的連接，對于發(fā)電機組來說，要選擇不同的模型。同時要將發(fā)電功率，就控制在6200兆瓦，讓負荷吸收功率，可以達到5100兆瓦。并且，對于發(fā)電機組來說，所發(fā)出的功率要在450兆瓦附近，合理控制風電穿透功率。在本文的研究階段，要在不同設備、對象的基礎上，在系統(tǒng)中接入不同的風電機組。

2風電機組的動態(tài)特性

2.1恒速異步風力發(fā)電機

相比較同步發(fā)電機來說，恒速異步發(fā)電機缺少勵磁回路，需要依靠外部電路實現(xiàn)勵磁。如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障，會導致電壓減低，同時這時發(fā)電機的輸出轉(zhuǎn)矩也會變小。如果在電磁轉(zhuǎn)矩減小而機械轉(zhuǎn)矩不變的情況下，會使得轉(zhuǎn)子速度加快。隨著故障的解除以及電壓的恢復，這時發(fā)電機就需要進行電網(wǎng)無功電流的吸收，這樣才能夠?qū)τ谄鋬?nèi)部磁場，進行重新建立。所以，就出現(xiàn)了較大的沖擊電流，并且對于聯(lián)絡線來說，也會出現(xiàn)較大的電壓降，所以就使得風電機組的出口電壓，得到了進一步降低。對于異步發(fā)電機來說，其機組軸系儲能小于新建磁場中的儲能，那么就會降低發(fā)電機的速度，并且在振蕩周期的幾個來回以后，會趨于穩(wěn)定。反之，則會使得轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，導致發(fā)電機不會回到穩(wěn)定狀態(tài)，同時也會吸收更多的無功電流，不斷降低出口電壓，導致在同步發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子速度持續(xù)加大，導致其喪失穩(wěn)定性。

2.2雙饋異步風力發(fā)電機

對于雙饋異步風力發(fā)電機來說，該風電機組的發(fā)電機是雙饋異步發(fā)電機，并且相比較定速感應風電機組來說，該發(fā)電機能夠利用負載變流器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的連接。變流器由兩部分組成，即轉(zhuǎn)子側(cè)變流器以及電網(wǎng)側(cè)變流器，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器由絕緣柵雙極晶體管控制。在同步旋轉(zhuǎn)發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子側(cè)的變流通過轉(zhuǎn)子電流在其中的分量，對于定子繞組的無功和有功功率進行控制，即解耦控制。利用電網(wǎng)電流的分量，能夠讓電網(wǎng)側(cè)變電器對于其與電網(wǎng)所交換的功率，實現(xiàn)進一步控制，利用有功電流，進行直流電壓的控制;利用無功電流，進行交流測電壓以及電流相位的控制。在出現(xiàn)故障以后，風電機組就要進行有功以及無功功率的控制，對于發(fā)電機的磁場重建，能夠進一步減輕電流沖擊，實現(xiàn)出口電壓的下降。同時，利用變流器，也能夠進一步對于其風電機組的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)控制，相比于恒速風電機組來說，該機組在條件相同的情況下，能夠使得整個系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。

2.3直饋交流永磁同步風力發(fā)電機

對于該種風電機組來說，屬于一種多級同步直饋機組，利用永磁體直接進行勵磁。該發(fā)電機與電網(wǎng)實現(xiàn)連接，是利用全載變流器實現(xiàn)的。這一變流器由兩部分組成，即發(fā)電機側(cè)以及電網(wǎng)側(cè)的變流器。通過對于機組最大功率的跟蹤特性，進一步確定其具體的有功功率，得到一個參考值，也要能夠讓機組處于優(yōu)化功率下，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。對于電網(wǎng)故障以及切除以后的階段，永磁同步風力發(fā)電機也不會在其中，進行無功電流的吸取，而且對于系統(tǒng)無功電流以及電壓來說，通過機組電網(wǎng)側(cè)變流器，實現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，能夠讓整個電網(wǎng)在短期內(nèi)，實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定，相比較前兩種發(fā)電機來說，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性這一方面，具有更顯著的優(yōu)勢。

3分析和討論

3.1不同類型風電機組對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的差異性影響

通過之前的結(jié)構(gòu)，對于三種不同類型的風電機組，在故障狀態(tài)下，對機組本身以及系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性所出現(xiàn)的影響，作出了分析。該研究利用三相短路處理方式，作為主要的處理方式，能夠?qū)τ谠O備在較差環(huán)境下的工作狀況進行考驗。所以，對于上述結(jié)構(gòu)而言，在第13個節(jié)點的位置，進行三相短路故障的設置，并將故障時間安排在一秒以內(nèi)，并將短路時間設置為三個階段，分別為0.1s、0.23s、0.35s。在這樣的系統(tǒng)設置中，在電壓、功率處于允許的狀態(tài)下，進行對這三種機組，在故障狀態(tài)下所實現(xiàn)工作能力，在設備的暫態(tài)穩(wěn)定性上，進一步開展比對研究。如果三相故障時間設置在0.1s，對于恒速機組來說，會在故障出現(xiàn)2.8s內(nèi)，就能夠恢復成正常狀態(tài)，而對于常規(guī)同步發(fā)電機組以及平衡機組來說，其功角差會在一階段的振蕩回升之后，漸漸恢復為原來的工作狀態(tài)。對于雙饋以及直饋機組研究時，對于兩種機組的動態(tài)穩(wěn)定性來說，要想進行判斷，就需要根據(jù)轉(zhuǎn)子電流的實際情況。通過研究證實，對于這兩個機組來說，其都能夠維持運行過程中的動態(tài)穩(wěn)定，而且對于相連的常規(guī)機組來說，其暫態(tài)穩(wěn)定也比較好。如果將故障點安排在 0.23s 時，就會使得在32節(jié)點位置上的同步發(fā)電機，喪失穩(wěn)定性，對于和其連接的發(fā)電機組來說，恒速機組處于失穩(wěn)狀態(tài)，對于而雙饋機組來說，其電力沒有發(fā)生越線，因此運行效果較為穩(wěn)定。而直饋機組電流也沒有出現(xiàn)越線現(xiàn)象，能夠維持正常的運行。如果故障時間設置為0.35s 時，就會使得恒速機組嚴重失衡，而且對于其他兩種變速機組來說，也會發(fā)生較為嚴重越線現(xiàn)象，使得其系統(tǒng)運行喪失穩(wěn)定性。因此通過分析總結(jié)如下：恒速風電機組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)耦合現(xiàn)象，因此并不具有較好的動態(tài)穩(wěn)定性，在發(fā)電機臨界轉(zhuǎn)速和出現(xiàn)故障，就容易受到其影響。而針對雙饋風電機組和直饋風電機組而言，其設備內(nèi)部具有換流器，因此換流器也極大地影響到其設備的動態(tài)穩(wěn)定性。而且，根據(jù)研究效果來看，相比較恒速機組系統(tǒng)來說，直饋以及雙饋風電機組具有更好的暫態(tài)穩(wěn)定性。所以變速機主換流器對于機組本身的動態(tài)穩(wěn)定性來說，起到?jīng)Q定作用，也會影響到發(fā)電機以及軸系數(shù)參數(shù)。

3.2發(fā)電機組參數(shù)對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響分析

本文在發(fā)電機參數(shù)的改變的基礎上，考察了對恒速機組的暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。對于設置感應設備的發(fā)電機組來說，其三種設備的性能以及參數(shù)，都會對于設備在面對故障時能否有效處理，其能力產(chǎn)生了一定影響。而且對于暫態(tài)穩(wěn)定性來說，也與感應電機的轉(zhuǎn)速息息相關(guān)。對于機組運行過程中動態(tài)穩(wěn)定性來說，其受到風電機組的軸系模型參數(shù)、軸剛度的較大影響。并且在具體的運行時，也會使得發(fā)電機參數(shù)和電氣轉(zhuǎn)矩之間，有著密切聯(lián)系。因此，從一定程度上來看，對于恒速風電機組的暫態(tài)穩(wěn)定性，也會受到發(fā)電參數(shù)的影響。

總結(jié)：綜上所述，發(fā)電機參數(shù)會對恒速風電機組的暫態(tài)穩(wěn)定性，產(chǎn)生較大影響，所以可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機參數(shù)，來降低其產(chǎn)生的影響。對于雙饋變速與直饋同步風機機組來說，換流器電流會對其產(chǎn)生限制作用。因此其動態(tài)穩(wěn)定性與換流器特性，具有密切聯(lián)系。

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