摘要：我国在可持续发展道路上，着重开发可再生资源是满足当前电力需求供应的主要渠道，风力发电便是其中之一。依据风力发电控制系统工作原理，风速大小的变化，对产电量具有一定影响，随着风速的增加，产电量逐渐增多。虽然风速增加，对产电量的提升有所帮助，但是对电力系统的稳定运行是否会造成影响尚未明确，本文将对此展开研究。
关键词：风力发电; 电力系统; 基本负荷;
1 变速风力发电机结构
变速风力发电机结构中的转子相当于缓冲器，风速与发电量之间并不存在直接联系，而是通过相关参数分析与计算，获取两者之间的关系。图1所示为变速风力发电机结构图。
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图1 变速风力发电机结构图
通过分析单机机械能，采用累计法，计算机械能数值。与此同时，引入发电机特性，构建发电机模型，通过与电网模型交换输出功率、无功功率、电压、频率参数，完善发电机模型。依据该模型结构，可以探究风力发电机稳态特性，为电机稳态研究奠定理论基础。
2 变速风力发电机稳态分析与参数计算
风速由风力传感器测得，端电压数值通过电压测量仪器读取，通过观察风力发电机运行操控计算机可以读取输出功率P、无功功率Q的计算，可以利用其与输出功率之间的关系，测得转角大小，计算公式如下：.png)
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当电机处于正常运行状态时，无功功率数值为零，即Q=0。
3 风电机组对电力系统的影响研究
本文以系统电压和系统损耗两个参数为例，探究风电机组对电力系统的影响。此次研究选取风速作为变量，通过改变风速大小，测量并计算系统电压、输出功率、无功功率、系统总功率、系统损耗、风机机组出力、损耗率等参数，为系统影响分析提供数据支撑。
3.1 测试系统结构设计
本文以33节点电网系统为例，分析风电机组接入系统后对系统运行情况造成的影响，图2为节点系统结构布设图。
图2中安装4个变压器，记为T1、T2、T3、T4，额定参数值为12.66/0.69 kV、1.2 MVA，按照如图2所示方案布设于33个节点中，并将变速风力发电机安装于A-1和A-2所示位置，通过调节风速大小，计算各项参数，判断系统电压和功率损耗变化情况，掌握风速与电力系统之间的关系。
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图2 节点系统结构布设图
3.2 风速类型设计
为深入探究电力系统受风电机组的影响，本次实验研究设定4种风速类型，通过改变风速类型，判断风电机组在电力系统作用力中的变化大小，从而判断电力系统作业所受影响。
类型1：将机组风速设置为切入风速，该风速模式中的风电机组未进入作业状态，测得机组作用力为零。类型2：将风机风速设置为低风速，该风速模式中的风电机组处于特定值情况下的作业状态，此时参数Qf=0，测得系统中的负荷量为基本负荷。类型3：将风机风速设置为高风速，该风速模式中的风电机组同样处于特定值情况下的作业状态，此时参数Qf=0，测得系统中的负荷量为基本负荷。类型4：该风速类型与类型3相似，但是系统负荷量偏低，仅占据基本负荷的30%。其中，类型1中的风机未投入运行，其他3种类型风机风速处于额定风速与切入风速数值之间。
3.3 不同类型风速下的电力系统影响研究
3.3.1 电力系统电压
分别测试以上4种类型风速模式下的系统电压、输出功率P，无功功率Q，通过观察测试结果，分析风速对电力系统运行的影响。表1所示为不同风速模式下的电力系统运行参数测试结果统计表。
表1中，4种风速模式下的电力系统作业过程中的无功功率均为0，随着风速的增加，输出功率和电压数值逐渐增加。因此，风机作业风速的大小，对电力系统输出功率和电压具有一定影响，且存在正相关关系。另外，类型3和类型4两种情况，基本负荷量不同时，输出功率相同，但是电压值存在差异，随着基本负荷的减少，电压值有所提升。所以，在风机风速不变情况下，改变基本负荷，对电力系统工作电压也有一定影响，且存在负相关关系。
表1 不同风速模式下的电力系统运行参数测试结果统计表
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3.3.2 系统损耗
本文以系统损耗作为整个电力系统受风机影响的分析指标，通过观察系统总功率、系统损耗、风机机组出力数值变化情况，计算系统损耗大小，得出相应结论。表2所示为系统风机有功损耗计算结果统计表。
表2 系统风机有功损耗计算结果统计表
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表2中，类型1、类型2、类型3风速控制下产生的系统总功率相等，均为4.716 2 MW，类型4系统总功率下降幅度较大，仅有1.423 0 MW。随着风速的提升，系统损耗逐渐减小，虽然类型3和类型4风速一致，均为高速，风机机组出力大小均为3.287 6 MW，但是类型4的基本负荷偏低，造成的损耗量有所降低，损耗率变化规律与之相反，提高了大约一倍。4种风速类型中，损耗率最低的是类型3，损耗率为3.23%，对电力系统运行造成的影响最小，可以作为系统操控参考依据。
4 结语
本文围绕风力发电系统运行状态受风力发电机的影响展开研究，通过分析变速风力发电机结构，探究电机稳态特性及系统各项参数计算方法。以33节点电网系统为例，选取系统电压和损耗率作为研究指标，分析风电机组接入系统后对系统运行情况造成的影响。测量结果表明，高风速状态下，电力系统输出功率和电压偏高，损耗率较低，且容易受基本负荷的影响。
参考文献
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论文作者:王维维
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：风速论文; 系统论文; 电力系统论文; 电压论文; 类型论文; 机组论文; 风机论文; 《电力设备》2019年第19期论文;