不同风电机组对电网暂态稳定性的影响探究

何二锋

摘 要：现如今，随着科技的进步，风力发电得到了快速发展，但是同时也由于所接入的风电量过大，导致其风电负荷具有更大的不确定性，而且负荷中心也距离能源基地较远，这也使得系统的电压越来越不具备稳定性。本文针对不同风电机组，对于电网暂态的稳定性所造成的影响，作出具体分析，以供参考。

关键词：风电机组;电网;暂态稳定性;影响

引言：

我国的电网系统在近些年不断进步和发展，并且也越来越多的使用了风电机组进行发电。同时，这也会对电网的暂态稳定性，产生一定影响。因此，就需要对其影响因素进行研究，并在此基础上，减少风电机组对于电网所产生的影响，提高电网暂态的稳定性。

1风机模型对暂态仿真算例

在具体的研究过程中，首先进行了仿真模型的建立，其中包括39个节点。在这一节点网络系统中，对于风电机组来说，是利用机组以及系统中的发电机之间的作用，从而产生对于系统的影响。所以，对于本研究来说，要确定好仿真风电场的接入点，并且在连接的时候，也要确保其能够与常规的机组，具有较高的联系。所以在进行设备连接时，就要在这些节点中，进行风电机组以及发电机之间的连接，对于发电机组来说，要选择不同的模型。同时要将发电功率，就控制在6200兆瓦，让负荷吸收功率，可以达到5100兆瓦。并且，对于发电机组来说，所发出的功率要在450兆瓦附近，合理控制风电穿透功率。在本文的研究阶段，要在不同设备、对象的基础上，在系统中接入不同的风电机组。

2风电机组的动态特性

2.1恒速异步风力发电机

相比较同步发电机来说，恒速异步发电机缺少励磁回路，需要依靠外部电路实现励磁。如果电网出现故障，会导致电压减低，同时这时发电机的输出转矩也会变小。如果在电磁转矩减小而机械转矩不变的情况下，会使得转子速度加快。随着故障的解除以及电压的恢复，这时发电机就需要进行电网无功电流的吸收，这样才能够对于其内部磁场，进行重新建立。所以，就出现了较大的冲击电流，并且对于联络线来说，也会出现较大的电压降，所以就使得风电机组的出口电压，得到了进一步降低。对于异步发电机来说，其机组轴系储能小于新建磁场中的储能，那么就会降低发电机的速度，并且在振荡周期的几个来回以后，会趋于稳定。反之，则会使得转子继续加速，导致发电机不会回到稳定状态，同时也会吸收更多的无功电流，不断降低出口电压，导致在同步发电机中，转子速度持续加大，导致其丧失稳定性。

2.2双馈异步风力发电机

对于双馈异步风力发电机来说，该风电机组的发电机是双馈异步发电机，并且相比较定速感应风电机组来说，该发电机能够利用负载变流器，实现转子与电网之间的连接。变流器由两部分组成，即转子侧变流器以及电网侧变流器，转子侧变流器由绝缘栅双极晶体管控制。在同步旋转发电机中，转子侧的变流通过转子电流在其中的分量，对于定子绕组的无功和有功功率进行控制，即解耦控制。利用电网电流的分量，能够让电网侧变电器对于其与电网所交换的功率，实现进一步控制，利用有功电流，进行直流电压的控制;利用无功电流，进行交流测电压以及电流相位的控制。在出现故障以后，风电机组就要进行有功以及无功功率的控制，对于发电机的磁场重建，能够进一步减轻电流冲击，实现出口电压的下降。同时，利用变流器，也能够进一步对于其风电机组的转速实现控制，相比于恒速风电机组来说，该机组在条件相同的情况下，能够使得整个系统具有更高的稳定性。

2.3直馈交流永磁同步风力发电机

对于该种风电机组来说，属于一种多级同步直馈机组，利用永磁体直接进行励磁。该发电机与电网实现连接，是利用全载变流器实现的。这一变流器由两部分组成，即发电机侧以及电网侧的变流器。通过对于机组最大功率的跟踪特性，进一步确定其具体的有功功率，得到一个参考值，也要能够让机组处于优化功率下，实现稳定运行。对于电网故障以及切除以后的阶段，永磁同步风力发电机也不会在其中，进行无功电流的吸取，而且对于系统无功电流以及电压来说，通过机组电网侧变流器，实现调节作用，能够让整个电网在短期内，实现电压的稳定，相比较前两种发电机来说，在确保系统稳定性这一方面，具有更显著的优势。

3分析和讨论

3.1不同类型风电机组对电网暂态稳定性的差异性影响

通过之前的结构，对于三种不同类型的风电机组，在故障状态下，对机组本身以及系统暂态稳定性所出现的影响，作出了分析。该研究利用三相短路处理方式，作为主要的处理方式，能够对于设备在较差环境下的工作状况进行考验。所以，对于上述结构而言，在第13个节点的位置，进行三相短路故障的设置，并将故障时间安排在一秒以内，并将短路时间设置为三个阶段，分别为0.1s、0.23s、0.35s。在这样的系统设置中，在电压、功率处于允许的状态下，进行对这三种机组，在故障状态下所实现工作能力，在设备的暂态稳定性上，进一步开展比对研究。如果三相故障时间设置在0.1s，对于恒速机组来说，会在故障出现2.8s内，就能够恢复成正常状态，而对于常规同步发电机组以及平衡机组来说，其功角差会在一阶段的振荡回升之后，渐渐恢复为原来的工作状态。对于双馈以及直馈机组研究时，对于两种机组的动态稳定性来说，要想进行判断，就需要根据转子电流的实际情况。通过研究证实，对于这两个机组来说，其都能够维持运行过程中的动态稳定，而且对于相连的常规机组来说，其暂态稳定也比较好。如果将故障点安排在 0.23s 时，就会使得在32节点位置上的同步发电机，丧失稳定性，对于和其连接的发电机组来说，恒速机组处于失稳状态，对于而双馈机组来说，其电力没有发生越线，因此运行效果较为稳定。而直馈机组电流也没有出现越线现象，能够维持正常的运行。如果故障时间设置为0.35s 时，就会使得恒速机组严重失衡，而且对于其他两种变速机组来说，也会发生较为严重越线现象，使得其系统运行丧失稳定性。因此通过分析总结如下：恒速风电机组的内部结构，会出现耦合现象，因此并不具有较好的动态稳定性，在发电机临界转速和出现故障，就容易受到其影响。而针对双馈风电机组和直馈风电机组而言，其设备内部具有换流器，因此换流器也极大地影响到其设备的动态稳定性。而且，根据研究效果来看，相比较恒速机组系统来说，直馈以及双馈风电机组具有更好的暂态稳定性。所以变速机主换流器对于机组本身的动态稳定性来说，起到决定作用，也会影响到发电机以及轴系数参数。

3.2发电机组参数對电网暂态稳定性的影响分析

本文在发电机参数的改变的基础上，考察了对恒速机组的暂态稳定性的影响。对于设置感应设备的发电机组来说，其三种设备的性能以及参数，都会对于设备在面对故障时能否有效处理，其能力产生了一定影响。而且对于暂态稳定性来说，也与感应电机的转速息息相关。对于机组运行过程中动态稳定性来说，其受到风电机组的轴系模型参数、轴刚度的较大影响。并且在具体的运行时，也会使得发电机参数和电气转矩之间，有着密切联系。因此，从一定程度上来看，对于恒速风电机组的暂态稳定性，也会受到发电参数的影响。

总结：综上所述，发电机参数会对恒速风电机组的暂态稳定性，产生较大影响，所以可以通过调节发电机参数，来降低其产生的影响。对于双馈变速与直馈同步风机机组来说，换流器电流会对其产生限制作用。因此其动态稳定性与换流器特性，具有密切联系。

参考文献：

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