風電場提高電壓無功協調控制及低電壓穿越能力的研究

董明知

摘 要：在我國電力事業發展過程中，風力發電系統扮演著重要的角色，本文介紹了此系統的概況，重點分析了風電場電壓無功協調控制及其低電壓穿越能力，旨在推動風電場發展，促進風能資源高效利用。

【關鍵詞】風電場 協調控制 低電壓 穿越

在社會經濟穩定發展過程中，電力系統的安全性與穩定性得到了社會各界的廣泛關注。由于我國擁有豐富的風能資源，在先進技術支持下，風電產業快速發展，風電場的規模不斷擴大，在其接入電力系統后，造成了一定的安全隱患，同時在并網過程中，還受控制技術的制約，在此情況下，風電場并網發展困難重重。根據并網實踐可知，脫網事故的發生率相對較高，其成因主要為風電場缺少低電壓穿越能力。為了逐步提高我國電網的可靠性，對風電場的各個方面均提出了較高的要求，本文主要探討了其電壓無功協同控制與低電壓穿越能力，旨在為我國電力事業發展奠定堅實的基礎。

1 風力發電系統概況

目前，能源緊缺問題制約著社會經濟的發展，為了提高能源利用率，能源結構調整及可再生能源的開發利用得到了人們的高度關注。風能資源作為可再生能源，其具有較大的開發潛力。經過多年的發展，我國風電開發規模日漸擴大，但在其發展過程中，受風力發電機組并網控制技術的限制，風電場并網問題日漸凸顯。根據調查可知，風電系統缺少穩定性，安全事故發生率相對較高，通過分析可知，各類事故發生的原因主要為電網失壓，同時風電場自身也存在一系列的問題，如：低電壓穿越、無功補償、變流器故障等，特別是偏低的低電壓穿越能力，導致風電場時常出現脫網事故。

為了實現風能資源的高效利用，促進風電場的有序發展，國內外學者均十分關注風力發電系統的研究。當前，風力發電機組控制技術主要有定槳距失速調節技術、主動失速調節技術、變槳距調節技術與變速恒頻技術。雖然技術研究日漸深入，但風電場并網問題仍未能得到解決，特別是薄弱的并網結構、偏低的自控技術等，此時發電機組缺少低電壓保護動作，進而使各類事故頻發。對于風電場而言，實際運行過程中難以保證電能質量，同時并網后還會降低電壓的穩定性，為了有效解決此問題，本文重點探討了風電場的電壓無功協調控制及其低電壓穿越能力。

2 風電場電壓無功協調控制及低電壓穿越能力

2.1 風電場特性

對于風電場而言，其具有一定的特殊性，主要表現為復雜的結構、較遠的送出線路距離、較大的總裝機容量等，為了滿足風電場并網的需求，應對其無功補償配置、無功補償協調等問題展開研究，通過分析，以此獲取最優協調控制策略。

2.2 風電場無功功率需求

由于風能具有隨機性與不可控性，致使風機輸出電能呈現出了明顯的隨機性、波動性與不穩定性，隨之出現了電壓波動及閃變等問題。在風電場規模不斷擴大基礎上，并網問題日漸嚴峻，為了保證我國電網的安全與穩定，對風力發電提出了較高的要求，在正常運行的前提下，其應具備較高的無功控制能力，而在故障條件下，其應具備一定的穿越能力。通常情況下，風電場無功功率需求是由風機、輸電線路、變壓器等構成的，根據發展實踐可知，常見恒頻風力發電機組，由于其具有無功特性，因此，難以滿足無功功率補償要求，嚴重情況下，甚至會影響電能質量；同時，變速恒頻風電機組的應用頻率也相對較高，它借助控制策略，擁有了一定的電壓控制能力，但其自身的無功補償能力偏低。在并網后，風電場將對電壓造成一定的影響，通過分析，其原因主要為風電場缺少無功補償，為了有效解決此問題，風電場應積極利用無功電源配置，如：新型風機，同時電網企業應注重網架建設與無功儲備。

2.3 風電場電壓無功協調控制

當前風電場中使用數量最多的發電機有兩種，一種為永磁驅動風力發電機，另一種為雙饋異步風力發電機，二者均可在一定范圍內輸出有功與無功功率。在研究過程中，對前者給予變流器瞬間功率平衡理論，對后者給予變流器SVPWM控制技術，在此基礎上，保證了風力發電機無功支撐能力的充分發揮。在研究風電場電壓無功協調控制時，應明確其低電壓運動特點，如果電網出現故障，電壓則會跌落，在此期間，風機低電壓運行可以顯示在兩方面，一方面為電壓跌落，此時風力發電機運行需要經歷正常運行到低電壓運行；另一方面為電壓恢復，此時風力發電機運行需要經歷低電壓運行到正常運行，為了了解其中的相關量，可開展仿真試驗分析，從而掌握風力發電機低電壓運行特性。在此基礎上，要對風電場無功整定與分配，同時要對風力發電機、風電場間無功協調控制方法進行優化，從而明確其協調控制方法，即：電壓分層控制方法，同時研究，不僅可以促進風力發電機無功調節能力的提高，同時，在低電壓穿越運行情況下，也可保證電壓的穩定性。

2.4 測試結果

在研究中，利用移動式低電壓穿越設備，比較風力發電機組低電壓穿越測試結果，其結果顯示在電壓跌落期間，風機在滿足各項規范要求基礎上，仍可穩定運行，提供了必要的無功支撐，通過分析可知，直驅風力發電機組變流器瞬間功率平衡控制策略，可促進風力發電機低電壓穿越能力提高；雙饋異步風力發電機變流器SVPWM控制策略，促進了系統故障穿越適應能力提高；同時，利用短路試驗，對低電壓穿越能力進行試驗，其結果進一步明確了風電場電壓無功協調控制策略的有效性。

3 總結

綜上所述，在風力發電系統發展過程中，其開發利用、控制技術、并網問題等吸引了眾多學者，通過不斷研究，促進了風能資源的高效利用，提高了控制水平，但在并網發展過程中，其中的無功協調控制與低電壓穿越能力仍需進一步提高。本文分析了風力發電系統的概況，重點分析了風電場電壓無功協調控制及低電壓穿越能力研究的必要性及具體內容，相信，隨著相關研究的日漸深入，風電場的并網發展成效將更加顯著，進而我國電力事業發展也將更加穩定與安全。

參考文獻

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作者單位

三峽新能源利川風電有限公司 湖北省恩施土家族苗族自治州利川市 445400