风电场提高电压无功协调控制及低电压穿越能力的研究

董明知

摘 要：在我国电力事业发展过程中，风力发电系统扮演着重要的角色，本文介绍了此系统的概况，重点分析了风电场电压无功协调控制及其低电压穿越能力，旨在推动风电场发展，促进风能资源高效利用。

【关键词】风电场 协调控制 低电压 穿越

在社会经济稳定发展过程中，电力系统的安全性与稳定性得到了社会各界的广泛关注。由于我国拥有丰富的风能资源，在先进技术支持下，风电产业快速发展，风电场的规模不断扩大，在其接入电力系统后，造成了一定的安全隐患，同时在并网过程中，还受控制技术的制约，在此情况下，风电场并网发展困难重重。根据并网实践可知，脱网事故的发生率相对较高，其成因主要为风电场缺少低电压穿越能力。为了逐步提高我国电网的可靠性，对风电场的各个方面均提出了较高的要求，本文主要探讨了其电压无功协同控制与低电压穿越能力，旨在为我国电力事业发展奠定坚实的基础。

1 风力发电系统概况

目前，能源紧缺问题制约着社会经济的发展，为了提高能源利用率，能源结构调整及可再生能源的开发利用得到了人们的高度关注。风能资源作为可再生能源，其具有较大的开发潜力。经过多年的发展，我国风电开发规模日渐扩大，但在其发展过程中，受风力发电机组并网控制技术的限制，风电场并网问题日渐凸显。根据调查可知，风电系统缺少稳定性，安全事故发生率相对较高，通过分析可知，各类事故发生的原因主要为电网失压，同时风电场自身也存在一系列的问题，如：低电压穿越、无功补偿、变流器故障等，特别是偏低的低电压穿越能力，导致风电场时常出现脱网事故。

为了实现风能资源的高效利用，促进风电场的有序发展，国内外学者均十分关注风力发电系统的研究。当前，风力发电机组控制技术主要有定桨距失速调节技术、主动失速调节技术、变桨距调节技术与变速恒频技术。虽然技术研究日渐深入，但风电场并网问题仍未能得到解决，特别是薄弱的并网结构、偏低的自控技术等，此时发电机组缺少低电压保护动作，进而使各类事故频发。对于风电场而言，实际运行过程中难以保证电能质量，同时并网后还会降低电压的稳定性，为了有效解决此问题，本文重点探讨了风电场的电压无功协调控制及其低电压穿越能力。

2 风电场电压无功协调控制及低电压穿越能力

2.1 风电场特性

对于风电场而言，其具有一定的特殊性，主要表现为复杂的结构、较远的送出线路距离、较大的总装机容量等，为了满足风电场并网的需求，应对其无功补偿配置、无功补偿协调等问题展开研究，通过分析，以此获取最优协调控制策略。

2.2 风电场无功功率需求

由于风能具有随机性与不可控性，致使风机输出电能呈现出了明显的随机性、波动性与不稳定性，随之出现了电压波动及闪变等问题。在风电场规模不断扩大基础上，并网问题日渐严峻，为了保证我国电网的安全与稳定，对风力发电提出了较高的要求，在正常运行的前提下，其应具备较高的无功控制能力，而在故障条件下，其应具备一定的穿越能力。通常情况下，风电场无功功率需求是由风机、输电线路、变压器等构成的，根据发展实践可知，常见恒频风力发电机组，由于其具有无功特性，因此，难以满足无功功率补偿要求，严重情况下，甚至会影响电能质量；同时，变速恒频风电机组的应用频率也相对较高，它借助控制策略，拥有了一定的电压控制能力，但其自身的无功补偿能力偏低。在并网后，风电场将对电压造成一定的影响，通过分析，其原因主要为风电场缺少无功补偿，为了有效解决此问题，风电场应积极利用无功电源配置，如：新型风机，同时电网企业应注重网架建设与无功储备。

2.3 风电场电压无功协调控制

当前风电场中使用数量最多的发电机有两种，一种为永磁驱动风力发电机，另一种为双馈异步风力发电机，二者均可在一定范围内输出有功与无功功率。在研究过程中，对前者给予变流器瞬间功率平衡理论，对后者给予变流器SVPWM控制技术，在此基础上，保证了风力发电机无功支撑能力的充分发挥。在研究风电场电压无功协调控制时，应明确其低电压运动特点，如果电网出现故障，电压则会跌落，在此期间，风机低电压运行可以显示在两方面，一方面为电压跌落，此时风力发电机运行需要经历正常运行到低电压运行；另一方面为电压恢复，此时风力发电机运行需要经历低电压运行到正常运行，为了了解其中的相关量，可开展仿真试验分析，从而掌握风力发电机低电压运行特性。在此基础上，要对风电场无功整定与分配，同时要对风力发电机、风电场间无功协调控制方法进行优化，从而明确其协调控制方法，即：电压分层控制方法，同时研究，不仅可以促进风力发电机无功调节能力的提高，同时，在低电压穿越运行情况下，也可保证电压的稳定性。

2.4 测试结果

在研究中，利用移动式低电压穿越设备，比较风力发电机组低电压穿越测试结果，其结果显示在电压跌落期间，风机在满足各项规范要求基础上，仍可稳定运行，提供了必要的无功支撑，通过分析可知，直驱风力发电机组变流器瞬间功率平衡控制策略，可促进风力发电机低电压穿越能力提高；双馈异步风力发电机变流器SVPWM控制策略，促进了系统故障穿越适应能力提高；同时，利用短路试验，对低电压穿越能力进行试验，其结果进一步明确了风电场电压无功协调控制策略的有效性。

3 总结

综上所述，在风力发电系统发展过程中，其开发利用、控制技术、并网问题等吸引了众多学者，通过不断研究，促进了风能资源的高效利用，提高了控制水平，但在并网发展过程中，其中的无功协调控制与低电压穿越能力仍需进一步提高。本文分析了风力发电系统的概况，重点分析了风电场电压无功协调控制及低电压穿越能力研究的必要性及具体内容，相信，随着相关研究的日渐深入，风电场的并网发展成效将更加显著，进而我国电力事业发展也将更加稳定与安全。

参考文献

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作者单位

三峡新能源利川风电有限公司 湖北省恩施土家族苗族自治州利川市 445400