調頻技術在風力發(fā)電中的應用及對電力系統(tǒng)的影響分析

馮江波

摘要：作為現(xiàn)代社會電網發(fā)電系統(tǒng)當中的重要技術，風力發(fā)電逐漸受到了社會的關注，并對之不停地加以改革和系統(tǒng)化，期待實現(xiàn)類似于傳統(tǒng)電源發(fā)電的頻率調節(jié)等功能。當前，風電技術作為一種新型清潔能源技術被運用于電力系統(tǒng)中，受到了人們的普遍關注。基于此，現(xiàn)對風力發(fā)電對電力系統(tǒng)所帶來的影響以及調頻技術有效應用進行深入分析，使該領域得到更長遠發(fā)展。

關鍵詞：調頻技術;風力發(fā)電;電力系統(tǒng);影響

1風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

1.1慣性響應與一次調頻能力出現(xiàn)下滑趨勢

隨著風力發(fā)電系統(tǒng)的大力建設與發(fā)展，也必然會導致傳統(tǒng)發(fā)電設備的停運。通過對風電機組進行觀察可知其主要分為兩種類型：一是雙饋型風機;二是直驅型風機。兩者的工作原理基本相類似，即借助電力變換技術實現(xiàn)對風電機組功率的有效控制，從而與電網所提供的能量相協(xié)調。此外，為了確保風能得以最大限度地利用，風電機組通常都在最大功率點處進行有效工作，若系統(tǒng)處于低頻狀況運行時，則需進行調頻處理。要使電力系統(tǒng)得以安全、有序運行，引入跳頻技術則顯得尤為重要，這樣可避免風電系統(tǒng)頻率的變化所帶來的波動現(xiàn)象。

1.2備用容量需求的上升

只有當實際發(fā)電量與用電需求基本處于動態(tài)平衡狀況才是確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的基本保障，更是保證供電服務質量的首要因素。但是考慮到風力發(fā)電會對電力系統(tǒng)輸出效率的穩(wěn)定性造成不同程度的影響，因此需安裝一種備用容量來有效解決上述現(xiàn)象。但是風力系統(tǒng)的可變性較大，一些突發(fā)因素就會對其造成不良影響，很難實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控與準確地預測，為了解決這一問題，技術人員通過深入研究后采取擴大備用容量的方式加以處理。經過實踐證明，若風電滲透率為10%時，需提高2%的備用容量。從中也能看出風力發(fā)電技術要想得以高效率應用，需要結合組備用容量的之處，但這無疑會加大資金地投入，因此在使用中應綜合權衡。

2風力發(fā)電中的調頻技術

2.1轉子慣性控制技術

當前社會下的風力發(fā)電技術已經有了較好地發(fā)展，而它的發(fā)電機型主要有定速型和變速型兩種。傳統(tǒng)的風力發(fā)電機大多數(shù)都采用了鼠籠式發(fā)電機，這種風力發(fā)電機最大的優(yōu)點就是能夠主動為整個電力系統(tǒng)的運行提供必要的慣性支持，但是在另一方面，它的容量十分的小，而且在頻率調節(jié)的過程中起不到任何作用。在兩種風機當中，一般采用率較高的是變速型風電機，它具有很好的電力電子變流器控制功能，導致其機型波動范圍一般較大。另外，由于它具有變速性質，在發(fā)電系統(tǒng)中操控起來也就自然顯得方便靈活。由于風力發(fā)電技術并不是那么出彩，目前的風電能源一般會選擇最大風能捕獲以及控制的裝置，在這樣的狀況下，風機只能運行于最大功率周圍，無法采用調頻的相關技術，更加無法有效合理的操控，也沒有備用的容量，造成了很大的缺陷。盡管變速型風機具有很多缺陷和不足，但它本身可以進行良好的控制操縱，只要在控制目標以及策略上進行一定的調整完善，就可以充分的使發(fā)電機組適應系統(tǒng)頻率的波動，并作出相應的反應，也就實現(xiàn)了頻率調節(jié)功能。現(xiàn)如今的風力發(fā)電并不是非常的發(fā)達，所以在技術上還有很多不過關，在風力的選擇上也較為苛刻，只能選擇最大的風能捕獲，這樣發(fā)電機會一直維持在最大功率周圍，不能采用調頻技術，所以就無法實行精準操作控制，就會有很大的缺陷。雖然設備還不是特別完美，但是其本身可以進行控制，只要在其基礎上稍微完善系統(tǒng)，就能使電機做出相應的反應，完全適應發(fā)電機系統(tǒng)的頻率變化，這就可以實現(xiàn)頻率調節(jié)功能，綜合慣量控制方法的方法如圖1所示。

2.2變槳控制技術

在風力發(fā)電過程中往往會因為風力的大小不同而使用調頻技術，在風力較大的地區(qū)會采用變槳控制的方式來適應風力。具體操作中首先要對槳距角進行精準的操控，改變槳葉與風的角度和整體輸入能量的大小，最好將其控制在最大功率以下，這樣就會留出容量備用，實現(xiàn)對頻率的控制。在風力較為緩和的環(huán)境下，應當將槳距角調大，這樣備用功率也會增大。變槳技術對風力發(fā)電十分重要，因為其具有良好的操控性，可適用范圍非常廣，可以適用所有風速。但是它也有不好的一面，因為構造為機械組成，所以反應較慢，而且不宜經常活動，不然會出現(xiàn)損傷，導致機體運行受阻，甚至有可能癱瘓，風機的槳距角控制特性曲線如圖2所示。雖然變槳技術有明顯的弊端，但是在額定的風力下使用顯然還是利大于弊，盡管會產生一定的維護費用，但是收益明顯大于支出的。

2.3轉子超速控制

相對于轉子的慣性控制而言，轉子的超速控制可以更有效且全面地對轉子運行的速度進行合理控制，也就可以使風機不再處于最大功率的點上，從而保留一部分的功率備用，并且可以將其用于頻率調節(jié)當中。轉子超速控制的技術目前主要包括對控制環(huán)節(jié)的設計與風機運行模式的改善，比如在現(xiàn)有的雙饋風機使用中，轉子超速控制的使用須在額定風速以下，同時轉子超速控制可以有效增加輔助的頻率控制。當風機的頻率下降時，轉子轉速也會跟隨下降，這樣不僅可以通過部分動能的釋放來調整提高頻率反應變化能力，同時也可以大大增加整體機組的發(fā)電功率，在其中，也就實現(xiàn)了頻率調節(jié)的功能。雖然轉子超速控制具有以上的優(yōu)點，但它在頻率調節(jié)的過程中，存在著控制和操縱上的盲區(qū)。當風速達到甚至即將超過額定的數(shù)值后，機組會主動地通過對槳距角的控制來實現(xiàn)功率的平穩(wěn)，此時轉子轉速的提高對功率已經失去了主要的提升作用，因此，轉子超速控制的運行僅限于額定風速以下。變速風機超速控制見圖3所示。

3儲能參與風電調頻

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)是非常重要的存在，它就像是后勤人員，時刻保障著整個機組正常的運轉，它的主要功能就是儲備能源，而且儲能系統(tǒng)具有很強的靈活性，對于系統(tǒng)的指令可以在短時間內分析并作出正確的反應，而且它還非常的穩(wěn)定，在調節(jié)頻率的過程中同樣也扮演了非常重要的角色。當使用得當時，儲能系統(tǒng)會帶來非常大的收益，但是如果使用不當，就會造成一定程度上的損失，例如成本過高導致利益降低，或是質量不合格導致儲備容量達不到要求等，這些問題都會或多或少的影響風力發(fā)電的發(fā)展，所以在實際工作中，工作人員也在積極研發(fā)解決問題的辦法，最終發(fā)現(xiàn)，將儲能系統(tǒng)與轉子控制相結合可以有效避免上述情況的發(fā)生。比如在轉速控制過程中，由于其具有很強的靈活性，所以會在第一時間對系統(tǒng)頻率的變化做出反應和調整，盡可能保證儲能系統(tǒng)儲存更多的能量，從而產生更多的利益，這對成本的控制也有著非常大的影響。再如在變槳控制中，在系統(tǒng)頻率調節(jié)的一段時間內儲能系統(tǒng)可以持續(xù)發(fā)揮作用，在沒有其他因素的干擾下就可以將運行成本降低。從大局角度出發(fā)，不難看出，儲能系統(tǒng)對于整個風力發(fā)電的重要性，對風力發(fā)電機組的運行也有著至關重要的作用，應該有效合理的利用儲能系統(tǒng)，才可以得到更大收益。

4結論

綜上所述，隨著風電技術地日益成熟，可為電力系統(tǒng)的安全運行提供一定的保障。通過在風力發(fā)電中引入調頻技術，有效解決了風機運行中不穩(wěn)定等不良現(xiàn)象，提高其使用效率，然而由于我國在風電技術方面的研究還較為有限，對其地成功運用還有待進一步探究，因此技術人員應結合傳統(tǒng)電力技術地相關優(yōu)勢，不斷開發(fā)新技術，提高風電技術地使用效率。

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