關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行之研究

劉磊

[摘 要]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定的影響。為此，除確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滿(mǎn)足自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的要求之外，還應(yīng)采取有效的控制策略，降低對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的影響。基于此點(diǎn)，從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的基本要求入手，提出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的有效控制策略。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;自動(dòng)化;并網(wǎng)運(yùn)行;控制

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的基本要求

風(fēng)能作為一種可再生能源，其具有分布范圍廣、儲(chǔ)量大、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)，基于這一前提，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)獲得了快速發(fā)展，現(xiàn)已日漸成熟。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)電機(jī)組）的裝機(jī)容量逐年遞增，在電網(wǎng)中所占的比例越來(lái)越大。由于風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定的影響。因此，所有需要自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組均必須滿(mǎn)足如下要求：

（一）風(fēng)電機(jī)組有功功率

風(fēng)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)具備參與電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰及備用的能力，并且應(yīng)當(dāng)配備性能完善的有功功率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要具備自動(dòng)調(diào)節(jié)有功功率的能力;當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的有功功率達(dá)到總額定出力的20%以上時(shí)，各機(jī)組應(yīng)當(dāng)能夠自動(dòng)對(duì)有功功率進(jìn)行連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)，而且應(yīng)當(dāng)可以參與電力系統(tǒng)有功功率的控制;風(fēng)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)可以接收并自動(dòng)執(zhí)行電力系統(tǒng)調(diào)度中心下達(dá)的有功功率控制指令;風(fēng)電機(jī)組在正常運(yùn)行的情況下，在風(fēng)電并網(wǎng)及風(fēng)速增長(zhǎng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組有功功率的變化情況，應(yīng)符合電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的要求，有功功率變化的限值應(yīng)由電力系統(tǒng)調(diào)度中心按接入頻率的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行確定，有功功率變化的允許限值如下表所示。

（二）風(fēng)電機(jī)組功率預(yù)測(cè)

風(fēng)電機(jī)組在自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，功率預(yù)測(cè)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足這些基本要求：風(fēng)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)配備性能完善的功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，且該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有短期和超短期功率預(yù)測(cè)的功能，應(yīng)每間隔15min自動(dòng)向電力系統(tǒng)的調(diào)度中心上報(bào)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的功率預(yù)測(cè)曲線，同時(shí)應(yīng)每天按規(guī)定上報(bào)次日0-24時(shí)內(nèi)的功率預(yù)測(cè)曲線。

（三）風(fēng)電機(jī)組無(wú)功容量

為最大限度地降低風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成的影響，風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下要求：

1.無(wú)功電源

風(fēng)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足功率因數(shù)在超前0.95-滯后0.95這一區(qū)間范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)可調(diào)性，如果風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量無(wú)法滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)需要時(shí)，必須加裝無(wú)償補(bǔ)償裝置。

2.無(wú)功容量配置

在對(duì)風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功容量進(jìn)行配置時(shí)，除了應(yīng)當(dāng)遵循基本平衡的原則之外，還應(yīng)與檢修備用的要求相符;如果是直接并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組，配置的無(wú)功容量應(yīng)當(dāng)能夠?qū)€路中感性無(wú)功和的一半進(jìn)行補(bǔ)償;配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置類(lèi)型應(yīng)當(dāng)與風(fēng)電機(jī)組實(shí)際并網(wǎng)情況相符，具體可通過(guò)無(wú)功電壓的研究進(jìn)行確定。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行的有效控制策略

目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組常用的并網(wǎng)運(yùn)行方式有空載并網(wǎng)運(yùn)行、負(fù)載并網(wǎng)運(yùn)行以及孤島并網(wǎng)運(yùn)行。在上述并網(wǎng)運(yùn)行方式中，空載并網(wǎng)運(yùn)行的控制過(guò)程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，并且容易實(shí)現(xiàn)。因此，空載并網(wǎng)的應(yīng)用較為廣泛。

（一）空載并網(wǎng)運(yùn)行的原理分析

風(fēng)電機(jī)組空載并網(wǎng)運(yùn)行前，發(fā)電機(jī)的定子端會(huì)形成一條開(kāi)路，而轉(zhuǎn)子側(cè)則會(huì)自動(dòng)接入雙PWM（脈沖寬度調(diào)制）變流器，并由變流器負(fù)責(zé)為發(fā)電機(jī)提供正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的勵(lì)磁電流。同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)的輸入電壓進(jìn)行改變，以此來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)定子側(cè)電壓的目的。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)速較小時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率比較大。因此，不宜進(jìn)行并網(wǎng)操作，若是進(jìn)行并網(wǎng)控制，則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓升高，將嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而在風(fēng)速高于切入風(fēng)速時(shí)，可通過(guò)變流器對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣便能控制定子電壓，使其達(dá)到并網(wǎng)運(yùn)行要求。為確保風(fēng)電機(jī)組能夠順利并網(wǎng)運(yùn)行，可以采用矢量控制法中的模糊PI控制策略。

（二）并網(wǎng)運(yùn)行控制策略

模糊控制技術(shù)具有非常突出的優(yōu)勢(shì)，如無(wú)需精確的數(shù)學(xué)模型、魯棒性強(qiáng)、容錯(cuò)能力強(qiáng)等，由此使得該技術(shù)在諸多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但是模糊控制器的精度并不是很高，并且還無(wú)法消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。PI控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，但PI參數(shù)的整定值并不是全局最優(yōu)。因此，為了提升控制效果，本文提出一種模糊PI控制的方法，這種控制方法兼具模糊控制技術(shù)和PI控制器的優(yōu)點(diǎn)，可在線對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行整定，并且能夠消除穩(wěn)定誤差。

綜上所述，為最大限度地減輕風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)化并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成的影響，必須保證風(fēng)電機(jī)組滿(mǎn)足并網(wǎng)運(yùn)行的要求。同時(shí)，應(yīng)采取合理可行的控制策略，對(duì)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]張冬冬，韓順杰，于佳文，等.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行控制及仿真[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（6）：84-86.

[2]居鑫.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組柔性并網(wǎng)及低電壓穿越技術(shù)研究[D].重慶理工大學(xué)，2018.

[作者單位]

中國(guó)大唐集團(tuán)新能源股份有限公司西南公司

（編輯：劉莉琴）