風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

(國網(wǎng)廣元供電公司,四川廣元 628000)

風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

(國網(wǎng)廣元供電公司,四川廣元 628000)

在風電發(fā)電的初始期,風電在電網(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,當電網(wǎng)在運行的過程中發(fā)生故障時,風電場的電壓就會處于不穩(wěn)定的狀態(tài),影響了電力系統(tǒng)的運行效率?，F(xiàn)在,風電穿透功率越來越大,風力發(fā)電會影響周圍電網(wǎng)的穩(wěn)定運行,風電機組低電壓穿越技術被廣泛應用。本文通過分析風電機組模型的建立,分析了仿真的風電機組,在一定程度上能夠促進電網(wǎng)的穩(wěn)定,提高電力部門供電的效率。

風電場 低電壓穿越能力 電網(wǎng)穩(wěn)定性

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

1　風電場LVRT能力的劃分

在不同的國家隊風電場LVRT的劃分標準存在一定的差異，風電場LVRT能力的劃分首先在西方發(fā)達國家提出，以愛爾蘭、西班牙為首，中國隊風電場的LVRT能力的劃分也有一定的標準，當風電場的電壓在圖中電壓之上時，可以保證風電場能夠繼續(xù)運行，如果風電場的電壓過低，則不能讓風電機組運行。

我國在對風電場LVRT進行劃分的時候，要按照以下的標準:其一，風電場的電壓驟降，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)運行的速率不能過低，一般要控制在625ms以上;其二，風電場的電壓在驟降后，又發(fā)生驟升，且風電場的電壓與額定電壓的數(shù)值相似，且風電場內(nèi)的風電機組都能運行。

2　雙饋感應風電機組數(shù)學模型分析

(1)風速模型分析;建立風速模型，可以實現(xiàn)對風電機風速的調(diào)節(jié)，在建立風速模型的時候，可以建立四分量模型。四分量分別指的是常規(guī)風、陣風、漸變風和噪音風。(2)空氣動力學模型的建立;空氣動力學模型可以用公式P=CA*PV/2P來表示，這樣就可以求出風電機運行時的機械功率。(3)軸系模型分析;在對風電機組的運行狀態(tài)進行分析的時候，一般情況下要用兩個相同的軸系模型來分析風電機和發(fā)電機的速率，運用齒輪箱進行耦合，分別對風力發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量、發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行分析。(4)雙饋感應風電機的模型與速率的控制;在分析電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性時，一般都不會考慮到網(wǎng)絡的電磁的狀態(tài)，所以，發(fā)電機模型的電磁動態(tài)也可以不考慮，將發(fā)電機模型的電磁狀態(tài)忽視后的雙饋感應發(fā)電機的簡化模型可以計算出運行狀態(tài)中的電抗、轉(zhuǎn)子繞組的時間和定子的同步電抗，也可以得到坐標系的參考轉(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間控制在1s，用1s的時間消除線路的故障，接地的電抗為0.06，建立一個10s的方針模型。

3.1風電機組沒有LVRT能力

當風電機組不存在LVRT能力的時候，而且風電場的電壓驟降，導致風電場的電壓在0.9以下，電壓下降的時間大于1秒鐘，這時就要在電力系統(tǒng)中切除風電場。220kV的母線發(fā)生故障的時候，一般是以發(fā)生三相短路比較常見，導致風電場的電壓驟降，但是，風電場的LVRT能力比較弱，甚至沒有LVRT能力，就會導致電力系統(tǒng)將近500MW的功率耗損，當短路故障解除后，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行預防，導致電力系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)，導致電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性降低。當母線發(fā)生故障時，會導致電力系統(tǒng)被沖擊，導致風電場的電壓驟降，在母線出口出現(xiàn)三相短路的時候，就會對電力系統(tǒng)造成很大的影響，風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不同程度的下降，導致各個發(fā)電廠的功率降低，線路的端口的電壓驟降導致電力系統(tǒng)不具備輸出能力。在輸出功率下降的同時，也會導致各發(fā)電廠的無功功率上升，電壓的下降使電力系統(tǒng)的負荷不能滿足運行的條件，但是，為了提高用電負荷，會增加潮流，就會使電力系統(tǒng)中的無功功率迅速增加，發(fā)電機組為了能夠達到一個負荷的平衡，就會運用勵磁的作用增加無功功率，這時發(fā)電機組的運行速度增快，磁力在發(fā)電機組的運行中起到了調(diào)節(jié)的作用，發(fā)電機的功率也會產(chǎn)生很大的波動，在慣性作用的影響下，導致無功功率的增加。

3.2風電機組有LVRT能力

當風電機組有LVRT能力的時候，就要按照我國對LVRT能量劃分的標準來執(zhí)行，在母線出口出現(xiàn)三相短路的時候，會導致風電場的電壓驟降，這時風電場具有較好的LVRT能力，就可以確保電力系統(tǒng)的正常運行，所以，在短路故障恢復正常的時候，短路給電力系統(tǒng)帶來的影響不會繼續(xù)蔓延，使電力系統(tǒng)在消除短路故障后能夠繼續(xù)運行。

當母線的出口出現(xiàn)三相短路的時候，風電場的端口電壓會急劇下降，但是，風電場有LVRT能力，但是，由于電壓的不穩(wěn)定，就導致線路不能有效地傳輸功率，導致風電場的功率下降，但是，風電機組在運行的過程中是存在慣性的，其運行的功率不會一下子減小，所以，風電機的運行速度還是保持不變，在電力系統(tǒng)中多條母線會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題，也會導致風電場的無功功率大幅度的上升，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速增快。

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

4　結(jié)語

風電場低電壓穿越能力會影響到電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，直接影響到電力系統(tǒng)的運行效率。以前，電網(wǎng)在運行時經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，給人們的用電帶來很多不便，風電場低電壓穿越技術的發(fā)展在一定程度上緩解了電網(wǎng)運行不穩(wěn)定的問題。當母線發(fā)生故障時，會導致電力系統(tǒng)被沖擊，導致風電場的電壓驟降，在母線出口出現(xiàn)三相短路的時候，就會對電力系統(tǒng)造成很大的影響，風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不同程度的下降。

[1]張建平,劉宇,丁權飛,周廷君,胡丹梅.風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].電氣應用,2012(21):36-43+59.

[2]張梅,李慶,賀敬,秦世耀.雙饋變流器控制策略對風電場低電壓穿越能力的影響研究[J].電氣應用,2014(23):130-137.