風電場低電壓穿越能力對電網穩定性的影響探討

黃善領

【摘 要】在風電發電的初始期，風電在電網中的分量不多，通常情況下不需要電力系統的控制。但是，當電網在運行的過程中發生故障時，風電場的電壓就會處于不穩定的狀態，影響了電力系統的運行效率。現在，風電穿透功率越來越大，風力發電會影響周圍電網的穩定運行，風電機組低電壓穿越技術被廣泛應用。本文通過分析風電機組模型的建立，分析了仿真的風電機組，在一定程度上能夠促進電網的穩定，提高電力部門供電的效率。

【關鍵詞】風電場 低電壓穿越能力 電網穩定性

現在，風電機組技術日益成熟，可以在一定程度上促進電力系統的穩定性和安全性的提高。

1 風電場LVRT能力的劃分

在不同的國家隊風電場LVRT的劃分標準存在一定的差異，風電場LVRT能力的劃分首先在西方發達國家提出，以愛爾蘭、西班牙為首，中國隊風電場的LVRT能力的劃分也有一定的標準，當風電場的電壓在圖中電壓之上時，可以保證風電場能夠繼續運行，如果風電場的電壓過低，則不能讓風電機組運行。

我國在對風電場LVRT進行劃分的時候，要按照以下的標準：其一，風電場的電壓驟降，與額定電壓相比，只有額定電壓的五分之一大小，而且并網運行的速率不能過低，一般要控制在625ms以上；其二，風電場的電壓在驟降后，又發生驟升，且風電場的電壓與額定電壓的數值相似，且風電場內的風電機組都能運行。

2 雙饋感應風電機組數學模型分析

（1）風速模型分析；建立風速模型，可以實現對風電機風速的調節，在建立風速模型的時候，可以建立四分量模型。四分量分別指的是常規風、陣風、漸變風和噪音風。（2）空氣動力學模型的建立；空氣動力學模型可以用公式P=CA*PV/2P來表示，這樣就可以求出風電機運行時的機械功率。（3）軸系模型分析；在對風電機組的運行狀態進行分析的時候，一般情況下要用兩個相同的軸系模型來分析風電機和發電機的速率，運用齒輪箱進行耦合，分別對風力發電機的輸入轉矩、轉動慣量、發電機的轉子轉速進行分析。（4）雙饋感應風電機的模型與速率的控制；在分析電力系統運行的穩定性時，一般都不會考慮到網絡的電磁的狀態，所以，發電機模型的電磁動態也可以不考慮，將發電機模型的電磁狀態忽視后的雙饋感應發電機的簡化模型可以計算出運行狀態中的電抗、轉子繞組的時間和定子的同步電抗，也可以得到坐標系的參考轉速。

3 典型系統故障的仿真系統分析

短路故障是一條220kV的線路，三相短路故障仿真的時間控制在1s，用1s的時間消除線路的故障，接地的電抗為0.06，建立一個10s的方針模型。

3.1 風電機組沒有LVRT能力

當風電機組不存在LVRT能力的時候，而且風電場的電壓驟降，導致風電場的電壓在0.9以下，電壓下降的時間大于1秒鐘，這時就要在電力系統中切除風電場。220kV的母線發生故障的時候，一般是以發生三相短路比較常見，導致風電場的電壓驟降，但是，風電場的LVRT能力比較弱，甚至沒有LVRT能力，就會導致電力系統將近500MW的功率耗損，當短路故障解除后，但是，故障對電力系統造成的不良影響還是存在的，再加上在故障消除后，工作人員沒有對不良影響進行預防，導致電力系統不能正常運轉，導致電力系統運行的穩定性降低。當母線發生故障時，會導致電力系統被沖擊，導致風電場的電壓驟降，在母線出口出現三相短路的時候，就會對電力系統造成很大的影響，風電場的電壓下降很快，而且電力系統中的不同的母線的電壓都會不同程度的下降，導致各個發電廠的功率降低，線路的端口的電壓驟降導致電力系統不具備輸出能力。在輸出功率下降的同時，也會導致各發電廠的無功功率上升，電壓的下降使電力系統的負荷不能滿足運行的條件，但是，為了提高用電負荷，會增加潮流，就會使電力系統中的無功功率迅速增加，發電機組為了能夠達到一個負荷的平衡，就會運用勵磁的作用增加無功功率，這時發電機組的運行速度增快，磁力在發電機組的運行中起到了調節的作用，發電機的功率也會產生很大的波動，在慣性作用的影響下，導致無功功率的增加。

3.2 風電機組有LVRT能力

當風電機組有LVRT能力的時候，就要按照我國對LVRT能量劃分的標準來執行，在母線出口出現三相短路的時候，會導致風電場的電壓驟降，這時風電場具有較好的LVRT能力，就可以確保電力系統的正常運行，所以，在短路故障恢復正常的時候，短路給電力系統帶來的影響不會繼續蔓延，使電力系統在消除短路故障后能夠繼續運行。

當母線的出口出現三相短路的時候，風電場的端口電壓會急劇下降，但是，風電場有LVRT能力，但是，由于電壓的不穩定，就導致線路不能有效地傳輸功率，導致風電場的功率下降，但是，風電機組在運行的過程中是存在慣性的，其運行的功率不會一下子減小，所以，風電機的運行速度還是保持不變，在電力系統中多條母線會出現電壓不穩定的問題，也會導致風電場的無功功率大幅度的上升，發電機的轉速增快。

在母線的三相短路故障消除后，電力系統可以恢復穩定的工作。這時，電力系統的線路會進行保護工作，在故障清除后，在電廠對電壓的調節后，各條母線的電壓會恢復到正常的數值，電力系統的運行頻率不會出現大范圍的波動，頻率基本可以恢復穩定狀態。一般情況下，發呆年紀的攻角會發生一定的變化，但是只是小幅度的變化，在2秒后會恢復正常，在發電機的有功功率的故障清除后，其額定功率會恢復正常，經過幾次局部的波動后，功率會恢復穩定。我國對風電場能力的劃分標準具有很高的預見性，能夠分析不同的機組的能力，具有完整性，能夠考慮到不同規模的電網的運行狀態。

4 結語

風電場低電壓穿越能力會影響到電網運行的穩定性，直接影響到電力系統的運行效率。以前，電網在運行時經常出現不穩定的情況，給人們的用電帶來很多不便，風電場低電壓穿越技術的發展在一定程度上緩解了電網運行不穩定的問題。當母線發生故障時，會導致電力系統被沖擊，導致風電場的電壓驟降，在母線出口出現三相短路的時候，就會對電力系統造成很大的影響，風電場的電壓下降很快，而且電力系統中的不同的母線的電壓都會不同程度的下降。

參考文獻：

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