【風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性控制探究4800字（論文）】

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性控制研究摘要當(dāng)前，人們的環(huán)保意識越來越強，而能源危機卻日益嚴(yán)重，因此找到以后總可以替代能源成了一個非常重要的課題。風(fēng)力，從大自然中來，用之不竭、取之不盡。通過風(fēng)力發(fā)電，不能可以使能源不足的狀況得意緩解，還具有一定的經(jīng)濟效益，同時也不會導(dǎo)致溫室效應(yīng)和環(huán)境污染問題的出現(xiàn)。風(fēng)力發(fā)電容易受到天氣的影響，所以具有間歇性和不穩(wěn)定性的特征，導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子的效率以及發(fā)電量都受到影響，所以，在對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行設(shè)計時，應(yīng)該充分利用軟硬件設(shè)備使得風(fēng)力發(fā)電可以獲取穩(wěn)定的電能。本文介紹了風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，并從電容控制、靜止無功補償器控制和有源電力濾波器控制三方面分析電網(wǎng)控制方式。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；并網(wǎng)；穩(wěn)定性；控制；方式目錄TOC\o"1-2"\h\u第1章雙饋感應(yīng)電動機概述 雙饋感應(yīng)電動機概述雙饋感應(yīng)電動機是用變速恒頻的控制方式以獲取最大的風(fēng)能，當(dāng)風(fēng)速變化時，其通過葉片的轉(zhuǎn)角來控制輸出功率，提高了風(fēng)能的利用率，由于其有功和無功功率均可控，且輸出功率平滑等優(yōu)越的電氣性能，而倍受世界各國高度重視。它能夠在維持定子輸出電壓和頻率不變的情況下，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子交流勵磁的頻率，改變電動機的轉(zhuǎn)速，不但可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率因數(shù)，而且可以提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因而在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，也因此越來越受到電網(wǎng)的認可，逐步成為并網(wǎng)風(fēng)電場的優(yōu)先選擇。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機的原理圖第2章風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性概述如果把風(fēng)電場作為電力系統(tǒng)中的一個特殊的無功“負荷”，那么該系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性情況是電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行需要考慮的一個重要問題，它是整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一個重要方面。近年來電力系統(tǒng)因電壓失穩(wěn)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰、造成停電事故的問題日益受到人們的重視，該領(lǐng)域的研究工作十分活躍。年國際大電網(wǎng)會議組織的研究報告中曾明確提出了電壓穩(wěn)定性的定義和分類。電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在滿足負荷功率需求的前提下，經(jīng)受一定的擾動后各負荷節(jié)點維持負荷電壓在其容許范圍內(nèi)的能力。當(dāng)系統(tǒng)具有這種能力時系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，反之系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。根據(jù)研究的擾動大小及時域范圍，電壓穩(wěn)定性又可分為小干擾電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和長期電壓穩(wěn)定性。報告還指出元件的動態(tài)特性如發(fā)電機組動態(tài)特性及有載調(diào)壓變壓器動態(tài)特性及負荷的動態(tài)特性對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定都有著重要影響。近十幾年來，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究在電壓失穩(wěn)機理、電壓穩(wěn)定問題的模型、電壓穩(wěn)定分析方法、電壓穩(wěn)定判據(jù)和裕度指標(biāo)以及控制電壓失穩(wěn)的措施等方面都已經(jīng)取得了一定的進展。2.1風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)定性對于常規(guī)的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究而言，電壓失穩(wěn)或電壓崩潰的現(xiàn)象都是從受端系統(tǒng)的負荷點開始的，由于負荷需求超出電力網(wǎng)絡(luò)傳輸功率的極限，系統(tǒng)已經(jīng)不能維持負荷的功率與負荷所需吸收的功率之間的平衡，系統(tǒng)喪失了平衡點，引起電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。而對于并網(wǎng)風(fēng)電場的地區(qū)電網(wǎng)而言，在風(fēng)電場處于高出力運行狀態(tài)時，本來是受端負荷的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化稱為送端系統(tǒng)，但根據(jù)世界各國實際的風(fēng)電場運行經(jīng)驗，其電壓穩(wěn)定性降低的問題仍然出現(xiàn)，這是由于風(fēng)電場的無功特性引起的：風(fēng)電場的無功仍可以看作是一個正的無功負荷，由于電壓穩(wěn)定性與無功功率的強相關(guān)性，因此風(fēng)電場引起的電壓穩(wěn)定性降低或電壓崩漬現(xiàn)象在本質(zhì)上與常規(guī)電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的機理是一致的。國內(nèi)外有大量文獻對風(fēng)電并網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性問題進行過研究。有的研究了采用基于普通異步發(fā)電機的恒速風(fēng)電機組接入對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響，研究表明恒速風(fēng)電機組運行中發(fā)出有功功率的同時需吸收無功功率，整個風(fēng)電場的無功需求較大，導(dǎo)致接入風(fēng)電地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低；并指出電壓穩(wěn)定問題還與并網(wǎng)點的短路容量，風(fēng)電場的無功補償措施有一定的關(guān)系。也有文獻研究了基于雙饋感應(yīng)電機的變速風(fēng)電機組的交流勵磁控制技術(shù)及其對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的貢獻，指出雙饋電機的有功、無功使得變速風(fēng)電機組具有一定的無功調(diào)節(jié)能力，按照系統(tǒng)運行方式的要求及所采用的不同控制策略，風(fēng)電機組可以吸收或發(fā)出無功功率進行電壓控制。2.2風(fēng)電并網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性由于基于普通異步發(fā)電機的恒速風(fēng)電機組的電壓穩(wěn)定問題比較突出，且當(dāng)前恒速風(fēng)電機組仍然是絕大多數(shù)風(fēng)電場中的主流機型，因此對于如何改善基于恒速風(fēng)電機組風(fēng)電場的電壓穩(wěn)定性尤其是暫態(tài)電壓穩(wěn)定性尤為值得關(guān)注和研究。在電力系統(tǒng)中為了改善電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，研究了動態(tài)無功補償設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，上述動態(tài)無功補償設(shè)備同樣可以在風(fēng)電場中應(yīng)用，發(fā)揮其動態(tài)無功補償?shù)淖饔弥坞妷海欢鴮τ陔p饋風(fēng)電機組的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究文獻中，提出了一種電網(wǎng)對稱故障下保持雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機不脫網(wǎng)運行的新型勵磁控制策略，以實現(xiàn)電網(wǎng)故障期間風(fēng)電機組的不間斷運行，但是之前的各種研究未對故障期間變速風(fēng)電機組如何發(fā)揮動態(tài)無功支持能力進行探討。在風(fēng)電發(fā)展的初期，由于風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例很小，一般不要求風(fēng)電場參與電力系統(tǒng)控制；當(dāng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時由于風(fēng)電場本身的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性無法保證，通常都采用切除風(fēng)電機組的措施來保證風(fēng)電場及電網(wǎng)的安全。隨著風(fēng)電機組技術(shù)的進步及風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例的迅速提高，目前多個國家的風(fēng)電并網(wǎng)都對風(fēng)電場提出了更高的要求，在規(guī)定的故障及電網(wǎng)電壓跌落期間，保證一定時間范圍內(nèi)風(fēng)電場能夠連續(xù)運行而不脫離電網(wǎng)，甚至要求風(fēng)電場在電網(wǎng)故障發(fā)生后發(fā)出無功功率參與電網(wǎng)的電壓控制。例如從年開始，德國電網(wǎng)公司除了要求故障后電網(wǎng)電壓恢復(fù)期間風(fēng)電場必須保持并網(wǎng)運行外，還要求風(fēng)電機組動態(tài)發(fā)出無功功率以支持電網(wǎng)電壓，防止風(fēng)電機組由于電壓過低導(dǎo)致的跳聞。風(fēng)電場的這種故障期間保持并網(wǎng)不間斷運行的能力通常稱為風(fēng)電場的低電壓穿越能力。對于低電壓穿越能力的實現(xiàn)，前面章節(jié)研究未對故障期間風(fēng)電機組如何發(fā)揮動態(tài)無功支持能力進行探討，并且僅考慮了電磁轉(zhuǎn)矩控制的作用而忽略了對風(fēng)電機組機械轉(zhuǎn)矩的控制。實際上，當(dāng)不對風(fēng)電機組進行控制以降低機械轉(zhuǎn)矩時，往往還會由于轉(zhuǎn)矩不平衡導(dǎo)致風(fēng)電機組超速并切除，無法真正實現(xiàn)風(fēng)電機組的低電壓穿越功能。第3章穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的措施3.1異步發(fā)電機旳選擇異步發(fā)電機的無功——電壓（Q-V）特性取決于異步發(fā)電機的阻抗參數(shù)，同時與輸出的電磁功率有關(guān)。當(dāng)電壓低于臨界電壓時，異步發(fā)電機吸收的無功急劇增加，導(dǎo)致異步發(fā)電機電壓崩演。異步發(fā)電機的無功——電壓（Q-V）特性是影響風(fēng)力發(fā)電機電壓穩(wěn)定性的一個十分重要的因素。3.2電網(wǎng)控制方式電網(wǎng)控制方式有三種：電容控制；靜止無功補償器控制；有源電力濾波器控制。3.2.1電容控制電容控制的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，投資較少。其缺點為：非連續(xù)的分級控制和無功輸出與電壓成正比。級差需與電網(wǎng)的參數(shù)相配合，級差減小時投資隨之增大，級差增大時，電壓調(diào)節(jié)精度差。過小的級差必然伴隨有頻繁的操作；在較大的級差下整定了不恰當(dāng)（較高）的電壓調(diào)節(jié)精度同樣也會導(dǎo)致操作頻繁，當(dāng)輸電網(wǎng)的阻抗很大時，此種情況極易出現(xiàn)。為了減少輸出損耗和防止過電壓，風(fēng)力發(fā)電場中所裝設(shè)的電容器容量應(yīng)接近于發(fā)電機在最大負荷下吸收的無功功率容量。分級的數(shù)目應(yīng)與輸電網(wǎng)的阻抗相配合，當(dāng)輸電網(wǎng)的阻抗較大波動時，無功調(diào)節(jié)引起電壓變化的靈敏度高，為了將電壓變化控制在指定的范圍內(nèi)，需要電容作細微的調(diào)節(jié)，當(dāng)分級過大時，會導(dǎo)致電壓的大幅度振蕩和電容器的頻繁操作。為了防止電壓崩淸，加大了電容器的容量，由于、分級不夠而導(dǎo)致電壓的大幅度振蕩和電容器的頻繁操作。如此頻繁的操作是電容器和有觸頭的斷路器不允許的。3.2.2靜止無功補償器控制無功補償裝置對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響和電壓穩(wěn)定相關(guān)的很直接的一個因素就是無功補償，尤其是對帶有普通異步發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電。由于普通異步發(fā)電機在運行時要吸收大量無功容量，更需要裝設(shè)無功補償設(shè)備。電壓閃變是電壓波動的一種特殊反映，閃變的嚴(yán)重程度與負荷變化引起的電壓變動相關(guān)，電壓變動量通常按下式計算：?U≈?P×R+?Q×X在10K以上系統(tǒng)中，由于R遠小于V故：?U≈?Q×XUN式中：X為評價母線上的三相系統(tǒng)短路容量。在高電壓或中壓配電網(wǎng)中，電壓波動主要與無功負荷的變化量以及電網(wǎng)的短路容量有關(guān)。在電網(wǎng)短路容量一定的情況下，電壓閃變主要是由于無功負荷的劇烈變動所致，因此對于電壓閃變的抑制，最常用方法是安裝靜止無功補償裝置，其基本特點是：具有快速、連續(xù)、雙向調(diào)節(jié)無功的能力。目前這方面技術(shù)已相當(dāng)成熟。但是，由于某些類型的SVC自身還產(chǎn)生低次諧波電流，須與無源濾波器并聯(lián)使用，實際運行時有可能由于系統(tǒng)諧波諧振使某些諧波嚴(yán)重放大，因此，在補償時，要求采用具有短的響應(yīng)時間并且能夠直接補償負荷的無功沖擊電流和諧波電流的補償器。3.2.3有源電力濾波器控制要抑制電壓波動，必須在負荷電流急劇波動的情況下，跟隨負荷變化實時補償無功電流。近年來采用電力晶體管GTR、可關(guān)斷晶闡管GTO及脈寬調(diào)制PWM技術(shù)等構(gòu)成的有源電力濾波器(APF)可對負荷電流做實時補償，如圖3-1所示。它采用可關(guān)斷的電力電子器件和基于坐標(biāo)變換原理的瞬時無功理論控制，其作用原理是利用電力電子控制器代替系統(tǒng)電源向負荷提供所需的畸變電流，從而保證系統(tǒng)只須向負荷提供正弦的基波電流。圖3-1有源電力濾波器控制APF與普通SVP相比，有以下優(yōu)點：響應(yīng)時間快，對電壓波動、閃變補償率高，可減少補償容量；沒有諧波放大作用和諧振問題，運行穩(wěn)定；控制功能強，能實現(xiàn)控制電壓波動、閃變，穩(wěn)定電壓作用，同時也能有效地濾除高次諧波，補償功率因數(shù)，在中低壓配電網(wǎng)中，由于R與X相差不大，有功功率的快速波動同樣會導(dǎo)致電壓閃變，這就要求補償裝置在抑制電壓波動與閃變時，除了無功功率補償使供電線路無功功率波動減小外，還得提供瞬時有功功率補償，因而傳統(tǒng)的無功補償方法不能有效地改善這類電能質(zhì)量問題，只有帶儲能單元的補償裝置才能滿足要求。APF是將1臺由3個單相電壓源變流器構(gòu)成的三相變流器串聯(lián)接入電網(wǎng)與欲補償?shù)呢摵芍g。這里逆變器采用3個單相結(jié)構(gòu)，目的是為了更靈活地對三相電壓和電流進行控制，并提供對系統(tǒng)電壓不對稱情況的補償。該裝置的核心部分為同步電壓源逆變器，當(dāng)線路側(cè)電壓發(fā)生突變時，APF通過對直流側(cè)電源的逆變產(chǎn)生交流電壓，再通過變壓器與原電網(wǎng)電壓相串聯(lián)，來補償系統(tǒng)電壓的跌落或抵消系統(tǒng)電壓的浪涌。由于APF通過自身的儲能單元，能夠在毫秒級內(nèi)向系統(tǒng)注入正常電壓與故障電壓之差，可用于克服系統(tǒng)電壓波動對用戶的影響，因此是解決電壓波動、不對稱運行、諧波等動態(tài)電壓質(zhì)量問題的有效工具，起了將系統(tǒng)與負荷隔離的作用，是面向負荷的補償裝置。該裝置僅對特定負荷加以補償，所以其容量僅取決于負荷的補償容量和要求的補償范圍。目前大部分APF裝置的直流側(cè)采用電容來提供直流電壓，只能提供有限的能量，若要求APF長時間提供電壓補償，則必須讓APF輸出的電壓和電流垂直，這樣APF裝置不提供有功功率，只進行無功功率交換，可以滿足長期工作的要求。結(jié)論對風(fēng)力發(fā)電機而言，最大的捕捉到風(fēng)能，提高運行效率，減少并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊，是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究的主要方向，針對不同的風(fēng)力發(fā)電機的運行特性，不同安裝地點風(fēng)能的特點，選擇合適的控制方法對風(fēng)力發(fā)電的運行狀態(tài)進行控制，達到最好的控制效果。參考文獻[1]孟暢,劉天羽,朱俊.風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響[J].科技與創(chuàng)新,2016,16:17-18.[2]張鵬.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響分析[J].電氣時代,2016,08:48-51.[3]張師,于昊,張夢雅,周毅博,王子權(quán),王淞平,伏祥運.大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響[J].廣東電力,2014,12:15-18.[4]潘華君,許曉峰.風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的研究綜述[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,01:54-57.[5]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