風(fēng)電場低電壓穿越能力對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響探討

黃善領(lǐng)

【摘 要】在風(fēng)電發(fā)電的初始期，風(fēng)電在電網(wǎng)中的分量不多，通常情況下不需要電力系統(tǒng)的控制。但是，當(dāng)電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)電場的電壓就會(huì)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，影響了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率?，F(xiàn)在，風(fēng)電穿透功率越來越大，風(fēng)力發(fā)電會(huì)影響周圍電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)被廣泛應(yīng)用。本文通過分析風(fēng)電機(jī)組模型的建立，分析了仿真的風(fēng)電機(jī)組，在一定程度上能夠促進(jìn)電網(wǎng)的穩(wěn)定，提高電力部門供電的效率。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場 低電壓穿越能力 電網(wǎng)穩(wěn)定性

現(xiàn)在，風(fēng)電機(jī)組技術(shù)日益成熟，可以在一定程度上促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性的提高。

1 風(fēng)電場LVRT能力的劃分

在不同的國家隊(duì)風(fēng)電場LVRT的劃分標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，風(fēng)電場LVRT能力的劃分首先在西方發(fā)達(dá)國家提出，以愛爾蘭、西班牙為首，中國隊(duì)風(fēng)電場的LVRT能力的劃分也有一定的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)風(fēng)電場的電壓在圖中電壓之上時(shí)，可以保證風(fēng)電場能夠繼續(xù)運(yùn)行，如果風(fēng)電場的電壓過低，則不能讓風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行。

我國在對風(fēng)電場LVRT進(jìn)行劃分的時(shí)候，要按照以下的標(biāo)準(zhǔn)：其一，風(fēng)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(wǎng)運(yùn)行的速率不能過低，一般要控制在625ms以上；其二，風(fēng)電場的電壓在驟降后，又發(fā)生驟升，且風(fēng)電場的電壓與額定電壓的數(shù)值相似，且風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組都能運(yùn)行。

2 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型分析

（1）風(fēng)速模型分析；建立風(fēng)速模型，可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，在建立風(fēng)速模型的時(shí)候，可以建立四分量模型。四分量分別指的是常規(guī)風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)和噪音風(fēng)。（2）空氣動(dòng)力學(xué)模型的建立；空氣動(dòng)力學(xué)模型可以用公式P=CA*PV/2P來表示，這樣就可以求出風(fēng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械功率。（3）軸系模型分析；在對風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析的時(shí)候，一般情況下要用兩個(gè)相同的軸系模型來分析風(fēng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的速率，運(yùn)用齒輪箱進(jìn)行耦合，分別對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析。（4）雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)的模型與速率的控制；在分析電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性時(shí)，一般都不會(huì)考慮到網(wǎng)絡(luò)的電磁的狀態(tài)，所以，發(fā)電機(jī)模型的電磁動(dòng)態(tài)也可以不考慮，將發(fā)電機(jī)模型的電磁狀態(tài)忽視后的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的簡化模型可以計(jì)算出運(yùn)行狀態(tài)中的電抗、轉(zhuǎn)子繞組的時(shí)間和定子的同步電抗，也可以得到坐標(biāo)系的參考轉(zhuǎn)速。

3 典型系統(tǒng)故障的仿真系統(tǒng)分析

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

3.1 風(fēng)電機(jī)組沒有LVRT能力

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組不存在LVRT能力的時(shí)候，而且風(fēng)電場的電壓驟降，導(dǎo)致風(fēng)電場的電壓在0.9以下，電壓下降的時(shí)間大于1秒鐘，這時(shí)就要在電力系統(tǒng)中切除風(fēng)電場。220kV的母線發(fā)生故障的時(shí)候，一般是以發(fā)生三相短路比較常見，導(dǎo)致風(fēng)電場的電壓驟降，但是，風(fēng)電場的LVRT能力比較弱，甚至沒有LVRT能力，就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)將近500MW的功率耗損，當(dāng)短路故障解除后，但是，故障對電力系統(tǒng)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(jìn)行預(yù)防，導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性降低。當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)被沖擊，導(dǎo)致風(fēng)電場的電壓驟降，在母線出口出現(xiàn)三相短路的時(shí)候，就會(huì)對電力系統(tǒng)造成很大的影響，風(fēng)電場的電壓下降很快，而且電力系統(tǒng)中的不同的母線的電壓都會(huì)不同程度的下降，導(dǎo)致各個(gè)發(fā)電廠的功率降低，線路的端口的電壓驟降導(dǎo)致電力系統(tǒng)不具備輸出能力。在輸出功率下降的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致各發(fā)電廠的無功功率上升，電壓的下降使電力系統(tǒng)的負(fù)荷不能滿足運(yùn)行的條件，但是，為了提高用電負(fù)荷，會(huì)增加潮流，就會(huì)使電力系統(tǒng)中的無功功率迅速增加，發(fā)電機(jī)組為了能夠達(dá)到一個(gè)負(fù)荷的平衡，就會(huì)運(yùn)用勵(lì)磁的作用增加無功功率，這時(shí)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行速度增快，磁力在發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行中起到了調(diào)節(jié)的作用，發(fā)電機(jī)的功率也會(huì)產(chǎn)生很大的波動(dòng)，在慣性作用的影響下，導(dǎo)致無功功率的增加。

3.2 風(fēng)電機(jī)組有LVRT能力

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組有LVRT能力的時(shí)候，就要按照我國對LVRT能量劃分的標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，在母線出口出現(xiàn)三相短路的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場的電壓驟降，這時(shí)風(fēng)電場具有較好的LVRT能力，就可以確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以，在短路故障恢復(fù)正常的時(shí)候，短路給電力系統(tǒng)帶來的影響不會(huì)繼續(xù)蔓延，使電力系統(tǒng)在消除短路故障后能夠繼續(xù)運(yùn)行。

當(dāng)母線的出口出現(xiàn)三相短路的時(shí)候，風(fēng)電場的端口電壓會(huì)急劇下降，但是，風(fēng)電場有LVRT能力，但是，由于電壓的不穩(wěn)定，就導(dǎo)致線路不能有效地傳輸功率，導(dǎo)致風(fēng)電場的功率下降，但是，風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中是存在慣性的，其運(yùn)行的功率不會(huì)一下子減小，所以，風(fēng)電機(jī)的運(yùn)行速度還是保持不變，在電力系統(tǒng)中多條母線會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題，也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場的無功功率大幅度的上升，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增快。

在母線的三相短路故障消除后，電力系統(tǒng)可以恢復(fù)穩(wěn)定的工作。這時(shí)，電力系統(tǒng)的線路會(huì)進(jìn)行保護(hù)工作，在故障清除后，在電廠對電壓的調(diào)節(jié)后，各條母線的電壓會(huì)恢復(fù)到正常的數(shù)值，電力系統(tǒng)的運(yùn)行頻率不會(huì)出現(xiàn)大范圍的波動(dòng)，頻率基本可以恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。一般情況下，發(fā)呆年紀(jì)的攻角會(huì)發(fā)生一定的變化，但是只是小幅度的變化，在2秒后會(huì)恢復(fù)正常，在發(fā)電機(jī)的有功功率的故障清除后，其額定功率會(huì)恢復(fù)正常，經(jīng)過幾次局部的波動(dòng)后，功率會(huì)恢復(fù)穩(wěn)定。我國對風(fēng)電場能力的劃分標(biāo)準(zhǔn)具有很高的預(yù)見性，能夠分析不同的機(jī)組的能力，具有完整性，能夠考慮到不同規(guī)模的電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)語

風(fēng)電場低電壓穿越能力會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，直接影響到電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。以前，電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，給人們的用電帶來很多不便，風(fēng)電場低電壓穿越技術(shù)的發(fā)展在一定程度上緩解了電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問題。當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)被沖擊，導(dǎo)致風(fēng)電場的電壓驟降，在母線出口出現(xiàn)三相短路的時(shí)候，就會(huì)對電力系統(tǒng)造成很大的影響，風(fēng)電場的電壓下降很快，而且電力系統(tǒng)中的不同的母線的電壓都會(huì)不同程度的下降。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張建平，劉宇，丁權(quán)飛，周廷君，胡丹梅.風(fēng)電場低電壓穿越能力對地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響研究[J].電氣應(yīng)用，2012（21）：36-43+59.

[2] 張梅，李慶，賀敬，秦世耀.雙饋?zhàn)兞髌骺刂撇呗詫︼L(fēng)電場低電壓穿越能力的影響研究[J].電氣應(yīng)用，2014（23）：130-137.