风电微网并网对电力系统暂态稳定性的影响

陈珂　尹雪雪　胡海涛

【摘 要】针对目前我国风力发电机组投运数量的不断增加，风力发电机组的投切使电网的潮流分布发生改变。风力发电机组输出功率随风速不断变化的特性使风力发电并入点网对电网的稳定性的影响不容忽视。通过对目前我国主流的风力发电机组的结构与工作方式进行分析，参考目前世界上主流的微网并网方式，从而对风力发电机组并入点网后当电网发生故障时对电网暂态稳定性影响进行研究，最后提出一系列风力发电机组并网时减小对电网暂态稳定性负面影响的方法。

【关键词】风力发电；微网；电力系统；暂态稳定

0 绪论

随着世界经济的不断发展，大量的化石能源被不断地消耗，人们急需开发化石能源以外的新能源。风力发电作为新能源领域中技术最为成熟的电源，现在已经成为全球新能源发展的主力，以风电微网的形式接入电网成为分布式风力发电最有效的形式。由于风能具有波动性和随机性的特点，所以经风力发电系统转换而成的电能非常不稳定。随着我国风电场装机规模的增加，风力发电系统对电力系统稳定运行的影响成为了一个不可忽视的问题。

1 风力发电技术

1.1 恒速恒频发电系统

恒速恒频发电系统是指当风速发生变化时，风电机的转速不做出相应的变化风力发电系统，这类系统与电网刚性连接。优点是结构简单、成本低、技术成熟、控制方式简单。但由于风机转速恒定，当风速不断变化时，叶尖比不可能保持最佳值，造成风能大量浪费。风机刚性连接电网使电网承受较大的冲击电流，造成电压波动。

1.2 变频恒速发电系统

变频恒速发电系统是指当风速发生变化时，风机的转速和风速成正比，通过对转速的控制达到恒定的最佳叶尖比，使风机的风能利用率始终保持最大值，从而输出的功率相较于恒速恒频系统高。通过调节风机发电机转子的励磁电流改变定子电压，实现与电网柔性并网。目前变频恒速发电系统已成为各大风场广泛采用的并网方式。

2 风电机组并网对电力系统暂态稳定性的影响

随着电力系统中风电机组容量的不断增大，电网故障器件或故障切除后风机暂态特性将影响电力系统暂态稳定性。其主要反映在对同步发电机稳定性的影响和对系统电压稳定性的影响。

2.1 对同步发电机稳定性的影响

在系统发生故障后，同步发电机能否继续保持同步运行是电力系统暂态稳定性分析的主要参考。暂态稳定性研究首先是要分析风机并入电网对系统内同步发电机组的功角稳定性的影响。

故障临界切除时间是系统暂态稳定性的重要衡量标准，一般用系统临界切除时间的变化来反映风机并网对系统暂态功角稳定性的影响。[2]

系统的暂态功角稳定裕度为：

式中，Adec和Ainc标示动能增加面积和动能减少面积。若Adec>Ainc，则系统功角稳定；若Adec

2.2 对系统电压的影响

当风力发电机组接入的电网发生故障时，系统内的风电机组机端电压的变化会异于系统内同步发电机组机端电压变化，从而引起系统电压波动，对电网的稳定性产生影响。

感应电机加速区和减速区通过感应电机的机械功率和电磁功率的差值区分，节点电压直接影响感应电机的工作状态。[3]

暂态电压稳定裕度：

电压裕度是某一时刻滑差倒数的负值对机械功率的比值，通过暂态电压裕度可以得出感应电动机是加速状态还是减速状态。

3 风电并网提高系统暂态稳定性的方法

3.1 提高电网低电压穿越能力

当电力系统发生故障时，电压迅速降低，造成电网能电机转子出现电流局部偏高的现象，如果不加以控制，会造成直流端电压不断升高，从而影响电机变流器正常云状，从而造成电流及攻略的变化，产生系统振荡。通过提高电网的低电压穿越能力可以最大限度保证电机在电网发生故障时保持可操作性和稳定性。[4]

3.2 改善风电机组的运行频率

一般情况下的风电机组运行频率的波动在一个可接受的范围内。当电网运行稳定，该频率不超过额定范围，系统正常运行。当电网出现故障时，系统功率缺失无功功率的增加使得电压骤升，从而电机机组功率下降，超出正常范围，从而影响机组的正常运行。通过改善风电机组的运行频率可以使风机在系统故障条件下保持机组的稳定性。

3.3 加强系统无功补偿

当电网受到故障干扰，维持系统电压稳定的最重要的措施是通过无功补偿设备在电网发生故障时对其进行无功补偿。风电机组的无功补偿装置具有动态连续调解的作用。在风力发电并网的过程中，风电机组转速对系统运行稳定十分关键，其转速大小对电网无功补偿具有重要的作用。

4 结束语

本文通过对风力发电并网对电力系统暂态稳定性的研究，论述了风力发电机组并网对电力系统暂态稳定性的影响。通过分析得出了风力发电机组并网情况下提高系统暂态稳定性的方法。对风力发电的发展和提升电网暂态稳定性具有重要的意义。

【参考文献】

[1]刘斯伟.并网双馈风电机组对电力系统暂态稳定性的影响机理研究[D].华北电力大学（北京）华北电力大学，2016.

[2]鄭元杰.大规模双馈风电并网对电力系统暂态稳定性的影响[D].华北电力大学（北京）华北电力大学，2014.

[3]马琪.风电并网对系统电压稳定性影响研究[D].山东大学，2012.

[4]卢佳.风电并网对电力系统暂态稳定的影响[J].电子测试，2016（10x）：118-119.

[责任编辑：朱丽娜]