并網運行風電機組的穩定性分析

王長春

摘 要：考慮到實際的風電機組在安裝的過程中會受到很多方面因素的影響，且這些影響會對并網發電產生干擾。所以，對并網運行下風電機組穩定性的探討具有重要意義。

關鍵詞：并網運行；風電機組；穩定性

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0112-01

引 言

風力發電作為可再生能源的主要利用方式，近年來得到了快速發展。過去10年，世界范圍內風力發電年均增長28%。中國不斷加大對風電場的投資建設，到2020年力爭使風力裝機容量達到30GW。隨著大型風電場在電網中并網比例的增多，風電場給電網的安全運行帶來了巨大挑戰。

1 影響風電機組運行穩定性的因素

1.1 聯接螺栓力矩的保證

在風電機組運行過程中，螺栓的聯接起著非常重要的作用，所以，螺栓必須要有高標準的質量和安全系數分析，從而避免螺栓突然變形、斷裂而引起的突發情況，然后，在風電機組安裝完畢之后，要對螺栓力矩值進行分析和檢驗，使其相關的數據達到安全系數的標準。當風電機組使用一段時間后，要及時的對它們進行檢修，在檢修的過程中，主要用液壓扳手對其進行檢驗，而且液壓扳手不能超過3個百分點的數據誤差，假如螺母的旋轉角度與擰緊時的夾角超過了20°之后，就要對其進行全面的檢查，假如夾角超過了50°之后，就要及時的更換螺母，避免螺母的損壞而破壞風電機組運行的穩定性。

1.2 良好的絕緣性能

風電機組在運行過程中，其運行的穩定性受風電設備絕緣性能的影響很大，如果線路與線路之間的絕緣性能出現問題，就會很容易被擊穿，如果風電機組長時間在這種環境下運行，熱擊穿以及電化學擊穿的問題很有可能會發生，不利于風電機組的安全穩定運行，如果絕緣性能不好，絕緣工作不到位，當最大的電壓值比臨界值要高時，就會造成發電機組損壞，嚴重時很有可能會造成嚴重的火災事故。所以，在選用風電機組時，要對它的各方面系數進行分析和測評，特別是對絕緣性能的分析要十分謹慎，選擇優質的產品，才能保證其運轉過程中的安全。

1.3 良好的環控裝置

環控裝置主要是在機組運作過程中起調節作用的裝置，包括了變流器和發電機散熱系統、齒輪油冷卻系統、以及雙饋型機組等系統，良好的環控裝置，可以使得風電機組運行更加穩定、安全可靠。在一般的風電機組中，設計的溫度在25～45℃之間就可以了，但是，在極其惡劣的環境中，還需要增加一些相關的設備，適當的調整控制的設備，為風電機組的運行提供一個安全、穩定的環境。

2 并網運行對風電機組穩定性的影響及控制

2.1 風電對電力系統電壓穩定性的影響

電壓穩定性是指電力系統在正常運行中受到擾動，維持系統所有母線電壓保持允許范圍內的能力。當電力系統節點負荷增加或改變系統條件時，電壓可能會連續或失控地衰減，導致系統電壓不穩定。根本原因在于無法滿足電力系統無功功率要求，通常是因負荷變化或是聯絡線傳輸功率過大造成無功損耗過大而引起的。

從各國風電場運行現狀看，電壓穩定性問題仍然存在，這是由風電場的無功特性決定的。在高出力階段，并網風電場風電機組由本來的受端系統轉為送端系統，對電網輸出功率。風電場引起的電壓穩定性降低、電壓崩潰與常規電力系統失穩的機理一致。

風電并網對電壓穩定性的影響是多方面的。恒速異步機組在運行中同時進行有功與無功的出力，無功需求量較多，導致風電在并入電網時電壓不穩定。此外，并網地區的短路容量、輸出線路的R/X比以及風電場采取的無功補償方式也會影響電壓的穩定。風電場的主力機型仍是恒速風電機組。因無功需求量較高所引發的電壓不穩定問題尤為突出，所以恒速機組并網電壓穩定問題是一項值得研究的課題。具體地，可以考慮發揮SVC，STATCOM等電氣設備的無功補償優勢，增強電網電壓的暫態穩定性。

雙饋風力發電機組相比于恒速風電機組，具有風能利用最大化、無功需求少等優點。雙饋風力發電機組的并網電壓不穩導致電網故障，會使風力機組大面積脫網運行，致使電網電壓崩潰。因此，要提高故障期間風力風電機組的低電壓穿越能力，需關注以下兩個方面：

①優化控制策略，提高風電機組對轉子勵磁磁鏈的同步跟蹤準確性，保證機組在電網發生短路故障時不脫網運行；②在電網發生故障時，適時啟用Crowbar電路，減少風電機組對電網無功功率的吸收，同時利用STATCOM裝置進行無功補償，避免電網電壓進一步降低。

2.2 風電對電力系統頻率穩定性的影響

電網頻率的穩定與有功功率的平衡緊密相連。在電網有功功率與負荷不平衡時，如短路、斷線故障及解列機組等問題，均會導致系統頻率出現波動。由于風電發電功率難以預測，風電機組發電量與負荷量間的平衡需要其他發電機組來調節，如傳統的火電、水電。隨著風電在電網中的比例逐漸增大，風電系統對電網頻率的影響不容忽視。

當電網因功率不平衡引起電網頻率下降時，系統慣量大小對系統頻率的穩定性將起到關鍵作用。慣量降低會導致系統頻率進一步降低，擴大頻率事故的不良影響范圍。當電網頻率不正常時，恒速風電機組與雙饋風電機組的頻率響應特性截然不同。恒速異步機組由于系統頻率與轉子的轉速禍合程度較高，系統頻率降低，對應的轉子轉速也隨之降低，部分動能被釋放，提高了機組的慣量響應能力，有利于電網頻率故障的恢復。雙饋風電機組因其轉速與電網頻率能實現完全解禍，所以當電網頻率故障時機組難以提供慣量，需要通過增加功率裕度、增設儲能裝置及混合型風電場等手段，提高風電并網頻率的穩定性。

3 結 語

總而言之，在風電機組運行的過程中，風電機組的整體性和穩定性起著非常重要的作用，不容忽視，要想保證風電機組運行過程中的安全，就必須要對風電機組的質量進行管理，確保風電機組的穩定性。這就需要各方面的共同努力，作為風電機組制造行業，要有統一的制造標準和體系建設，確保設備的穩定性，制造出質量上乘的風電機組，國家也應該在運行管理、規劃建設、并網監測等相關的方面制定出各種安全的標準，才能夠使得風電行業有著更為安全穩定的發展。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-23