不同風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響探究

何二鋒

摘 要：現(xiàn)如今，隨著科技的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電得到了快速發(fā)展，但是同時(shí)也由于所接入的風(fēng)電量過(guò)大，導(dǎo)致其風(fēng)電負(fù)荷具有更大的不確定性，而且負(fù)荷中心也距離能源基地較遠(yuǎn)，這也使得系統(tǒng)的電壓越來(lái)越不具備穩(wěn)定性。本文針對(duì)不同風(fēng)電機(jī)組，對(duì)于電網(wǎng)暫態(tài)的穩(wěn)定性所造成的影響，作出具體分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;電網(wǎng);暫態(tài)穩(wěn)定性;影響

引言：

我國(guó)的電網(wǎng)系統(tǒng)在近些年不斷進(jìn)步和發(fā)展，并且也越來(lái)越多的使用了風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。同時(shí)，這也會(huì)對(duì)電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，產(chǎn)生一定影響。因此，就需要對(duì)其影響因素進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上，減少風(fēng)電機(jī)組對(duì)于電網(wǎng)所產(chǎn)生的影響，提高電網(wǎng)暫態(tài)的穩(wěn)定性。

1風(fēng)機(jī)模型對(duì)暫態(tài)仿真算例

在具體的研究過(guò)程中，首先進(jìn)行了仿真模型的建立，其中包括39個(gè)節(jié)點(diǎn)。在這一節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，是利用機(jī)組以及系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)之間的作用，從而產(chǎn)生對(duì)于系統(tǒng)的影響。所以，對(duì)于本研究來(lái)說(shuō)，要確定好仿真風(fēng)電場(chǎng)的接入點(diǎn)，并且在連接的時(shí)候，也要確保其能夠與常規(guī)的機(jī)組，具有較高的聯(lián)系。所以在進(jìn)行設(shè)備連接時(shí)，就要在這些節(jié)點(diǎn)中，進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組以及發(fā)電機(jī)之間的連接，對(duì)于發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，要選擇不同的模型。同時(shí)要將發(fā)電功率，就控制在6200兆瓦，讓負(fù)荷吸收功率，可以達(dá)到5100兆瓦。并且，對(duì)于發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，所發(fā)出的功率要在450兆瓦附近，合理控制風(fēng)電穿透功率。在本文的研究階段，要在不同設(shè)備、對(duì)象的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中接入不同的風(fēng)電機(jī)組。

2風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性

2.1恒速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

相比較同步發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，恒速異步發(fā)電機(jī)缺少勵(lì)磁回路，需要依靠外部電路實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁。如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致電壓減低，同時(shí)這時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)變小。如果在電磁轉(zhuǎn)矩減小而機(jī)械轉(zhuǎn)矩不變的情況下，會(huì)使得轉(zhuǎn)子速度加快。隨著故障的解除以及電壓的恢復(fù)，這時(shí)發(fā)電機(jī)就需要進(jìn)行電網(wǎng)無(wú)功電流的吸收，這樣才能夠?qū)τ谄鋬?nèi)部磁場(chǎng)，進(jìn)行重新建立。所以，就出現(xiàn)了較大的沖擊電流，并且對(duì)于聯(lián)絡(luò)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，也會(huì)出現(xiàn)較大的電壓降，所以就使得風(fēng)電機(jī)組的出口電壓，得到了進(jìn)一步降低。對(duì)于異步發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，其機(jī)組軸系儲(chǔ)能小于新建磁場(chǎng)中的儲(chǔ)能，那么就會(huì)降低發(fā)電機(jī)的速度，并且在振蕩周期的幾個(gè)來(lái)回以后，會(huì)趨于穩(wěn)定。反之，則會(huì)使得轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不會(huì)回到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)也會(huì)吸收更多的無(wú)功電流，不斷降低出口電壓，導(dǎo)致在同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子速度持續(xù)加大，導(dǎo)致其喪失穩(wěn)定性。

2.2雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

對(duì)于雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，該風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)是雙饋異步發(fā)電機(jī)，并且相比較定速感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，該發(fā)電機(jī)能夠利用負(fù)載變流器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間的連接。變流器由兩部分組成，即轉(zhuǎn)子側(cè)變流器以及電網(wǎng)側(cè)變流器，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器由絕緣柵雙極晶體管控制。在同步旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子側(cè)的變流通過(guò)轉(zhuǎn)子電流在其中的分量，對(duì)于定子繞組的無(wú)功和有功功率進(jìn)行控制，即解耦控制。利用電網(wǎng)電流的分量，能夠讓電網(wǎng)側(cè)變電器對(duì)于其與電網(wǎng)所交換的功率，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步控制，利用有功電流，進(jìn)行直流電壓的控制;利用無(wú)功電流，進(jìn)行交流測(cè)電壓以及電流相位的控制。在出現(xiàn)故障以后，風(fēng)電機(jī)組就要進(jìn)行有功以及無(wú)功功率的控制，對(duì)于發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)重建，能夠進(jìn)一步減輕電流沖擊，實(shí)現(xiàn)出口電壓的下降。同時(shí)，利用變流器，也能夠進(jìn)一步對(duì)于其風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)控制，相比于恒速風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，該機(jī)組在條件相同的情況下，能夠使得整個(gè)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。

2.3直饋交流永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

對(duì)于該種風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，屬于一種多級(jí)同步直饋機(jī)組，利用永磁體直接進(jìn)行勵(lì)磁。該發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，是利用全載變流器實(shí)現(xiàn)的。這一變流器由兩部分組成，即發(fā)電機(jī)側(cè)以及電網(wǎng)側(cè)的變流器。通過(guò)對(duì)于機(jī)組最大功率的跟蹤特性，進(jìn)一步確定其具體的有功功率，得到一個(gè)參考值，也要能夠讓機(jī)組處于優(yōu)化功率下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于電網(wǎng)故障以及切除以后的階段，永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也不會(huì)在其中，進(jìn)行無(wú)功電流的吸取，而且對(duì)于系統(tǒng)無(wú)功電流以及電壓來(lái)說(shuō)，通過(guò)機(jī)組電網(wǎng)側(cè)變流器，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，能夠讓整個(gè)電網(wǎng)在短期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定，相比較前兩種發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性這一方面，具有更顯著的優(yōu)勢(shì)。

3分析和討論

3.1不同類(lèi)型風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的差異性影響

通過(guò)之前的結(jié)構(gòu)，對(duì)于三種不同類(lèi)型的風(fēng)電機(jī)組，在故障狀態(tài)下，對(duì)機(jī)組本身以及系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性所出現(xiàn)的影響，作出了分析。該研究利用三相短路處理方式，作為主要的處理方式，能夠?qū)τ谠O(shè)備在較差環(huán)境下的工作狀況進(jìn)行考驗(yàn)。所以，對(duì)于上述結(jié)構(gòu)而言，在第13個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，進(jìn)行三相短路故障的設(shè)置，并將故障時(shí)間安排在一秒以?xún)?nèi)，并將短路時(shí)間設(shè)置為三個(gè)階段，分別為0.1s、0.23s、0.35s。在這樣的系統(tǒng)設(shè)置中，在電壓、功率處于允許的狀態(tài)下，進(jìn)行對(duì)這三種機(jī)組，在故障狀態(tài)下所實(shí)現(xiàn)工作能力，在設(shè)備的暫態(tài)穩(wěn)定性上，進(jìn)一步開(kāi)展比對(duì)研究。如果三相故障時(shí)間設(shè)置在0.1s，對(duì)于恒速機(jī)組來(lái)說(shuō)，會(huì)在故障出現(xiàn)2.8s內(nèi)，就能夠恢復(fù)成正常狀態(tài)，而對(duì)于常規(guī)同步發(fā)電機(jī)組以及平衡機(jī)組來(lái)說(shuō)，其功角差會(huì)在一階段的振蕩回升之后，漸漸恢復(fù)為原來(lái)的工作狀態(tài)。對(duì)于雙饋以及直饋機(jī)組研究時(shí)，對(duì)于兩種機(jī)組的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，要想進(jìn)行判斷，就需要根據(jù)轉(zhuǎn)子電流的實(shí)際情況。通過(guò)研究證實(shí)，對(duì)于這兩個(gè)機(jī)組來(lái)說(shuō)，其都能夠維持運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，而且對(duì)于相連的常規(guī)機(jī)組來(lái)說(shuō)，其暫態(tài)穩(wěn)定也比較好。如果將故障點(diǎn)安排在 0.23s 時(shí)，就會(huì)使得在32節(jié)點(diǎn)位置上的同步發(fā)電機(jī)，喪失穩(wěn)定性，對(duì)于和其連接的發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，恒速機(jī)組處于失穩(wěn)狀態(tài)，對(duì)于而雙饋機(jī)組來(lái)說(shuō)，其電力沒(méi)有發(fā)生越線(xiàn)，因此運(yùn)行效果較為穩(wěn)定。而直饋機(jī)組電流也沒(méi)有出現(xiàn)越線(xiàn)現(xiàn)象，能夠維持正常的運(yùn)行。如果故障時(shí)間設(shè)置為0.35s 時(shí)，就會(huì)使得恒速機(jī)組嚴(yán)重失衡，而且對(duì)于其他兩種變速機(jī)組來(lái)說(shuō)，也會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重越線(xiàn)現(xiàn)象，使得其系統(tǒng)運(yùn)行喪失穩(wěn)定性。因此通過(guò)分析總結(jié)如下：恒速風(fēng)電機(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)耦合現(xiàn)象，因此并不具有較好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，在發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速和出現(xiàn)故障，就容易受到其影響。而針對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組和直饋風(fēng)電機(jī)組而言，其設(shè)備內(nèi)部具有換流器，因此換流器也極大地影響到其設(shè)備的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。而且，根據(jù)研究效果來(lái)看，相比較恒速機(jī)組系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，直饋以及雙饋風(fēng)電機(jī)組具有更好的暫態(tài)穩(wěn)定性。所以變速機(jī)主換流器對(duì)于機(jī)組本身的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，起到?jīng)Q定作用，也會(huì)影響到發(fā)電機(jī)以及軸系數(shù)參數(shù)。

3.2發(fā)電機(jī)組參數(shù)對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響分析

本文在發(fā)電機(jī)參數(shù)的改變的基礎(chǔ)上，考察了對(duì)恒速機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。對(duì)于設(shè)置感應(yīng)設(shè)備的發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，其三種設(shè)備的性能以及參數(shù)，都會(huì)對(duì)于設(shè)備在面對(duì)故障時(shí)能否有效處理，其能力產(chǎn)生了一定影響。而且對(duì)于暫態(tài)穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，也與感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速息息相關(guān)。對(duì)于機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，其受到風(fēng)電機(jī)組的軸系模型參數(shù)、軸剛度的較大影響。并且在具體的運(yùn)行時(shí)，也會(huì)使得發(fā)電機(jī)參數(shù)和電氣轉(zhuǎn)矩之間，有著密切聯(lián)系。因此，從一定程度上來(lái)看，對(duì)于恒速風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性，也會(huì)受到發(fā)電參數(shù)的影響。

總結(jié)：綜上所述，發(fā)電機(jī)參數(shù)會(huì)對(duì)恒速風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性，產(chǎn)生較大影響，所以可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)參數(shù)，來(lái)降低其產(chǎn)生的影響。對(duì)于雙饋?zhàn)兯倥c直饋同步風(fēng)機(jī)機(jī)組來(lái)說(shuō)，換流器電流會(huì)對(duì)其產(chǎn)生限制作用。因此其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與換流器特性，具有密切聯(lián)系。

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