摘要：随着化石能源的枯竭，环境污染的加剧，新能源的发展受到各国的重视。在各种可再生能源中，风能是技术最为成熟、发展最快、成本较低的一种清洁新能源，也因此风电的发展在全球引起了热潮。2017年，新增并网风电装机1503万千瓦，累计并网装机容量达到1.64亿千瓦，占全部发电装机容量的9.2%。据统计我国风电的装机容量已跃居世界第一位，以上数据表明我国风电正以蓬勃的势头快速发展，然而随着大规模风电并网，也给系统的稳定性带来了极大挑战。
关键词：风电场；并网运行；电压稳定；控制方法
引言
随着我国乃至全球的环境日益恶化，在这样的背景下，人们对绿色能源的需求就显得尤为突出。那么，风力发电作为一种比较独特的能源，它的相关概念一经提出就受到世界各国的喜爱。在进行大力发展风力发电的同时，这样便使得我国传统的电力系统也遭受到相应的影响，本论文主要针对风电并网的电压稳定性来进行相应的研究及分析。
1风电并网对电网电压稳定性的影响
1.1不同风机的影响
当前的风力涡轮机大多数都是恒定速度和频率的感应发电机（IG）或者变速恒频的双馈异步发电机（DFIG）。因为不同的风力涡轮机有不同的无功特性，所以对系统电压的稳定性也不同。
1.2不同的控制模型的影响
对于双馈式异步风电机组有两个控制模型，一个是恒功率因数控制模型，另外一个是恒压控制模型。在恒功率因数控制模型中，双馈式异步风电机组的功率因数通常被控制为1，那是因为双馈式异步风电机组不与系统交换无功功率。相对于恒功率因数的控制模型，因为恒压控制模型的目标是发电机的端电压，所以在恒压控制模型中双馈式异步风电机组输出功率的改变将对系统造成更小的电压波动。
1.3不同的FACTS的影响
在柔性交流输电系统的大家庭中，静止同步补偿器（STATCOM）和静止无功补偿器（SVC）是FACTS中最流行的设备。然而，与SVC比较而言，STATCOM有更快的响应速度，更好的稳定性，更宽的操作范围和更多的连续无功输出等优点。此外，对于稳态无功供应，STATCOM与SVC相比较而言支持更高的负载。
2风电场并网运行的电压分析方法
2.1静态电压稳定分析方法
就现阶段来看，我国在静态电压稳定性方面的相关分析方法还是比较成熟的，本论文主要针对P-V曲线法进行相应的介绍。针对P-V曲线分析方法来讲，它是我国最常用的静态电压稳定性方面的分析方法，P-V曲线分析方法主要是通过建立某些环节或节点的电压V以及传输界面功率P两者之间的关系曲线，这样可以更好的指示区域负荷水平或者传输界面功率水平导致整个系统临近电压崩溃的程度。在进行静态电压相关稳定性的研究与分析中，还能够很好的通过P-V曲线的临界点来对电压稳定的裕度进行求取，这样便于更好的借助此来对电压的稳定性进行评估。在通常情况下，P-V曲线的绘制方法包括：拓展潮流法、非线性规划法、潮流多解法、零特征根法、负荷导纳法。
2.2暂态电压稳定分析方法
就我国目前的研究情况来看，针对暂态电压稳定分析的相关方法，大多少情况是通过时域中采用相关的仿真软件来进行分析，通过根据系统特点设置对应的故障，并且借助此来获取到各种相关量随时间变化的曲线，从而更好的辅助其对暂态电压稳定性进行分析。这种分析方法又被称之为时域仿真分析方法，它是我国目前研究暂态电压稳定性的最好、最有效的分析方法。
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3风电系统电压稳定控制方法
3.1主电路模型
BESS-STATCOM的拓扑结构，由静止同步补偿器STATCOM和并联于其两侧的电池储能系统BESS组合构成。其中电池储能系统采用理想模型，等效为一个理想电压源E和一个等效内阻R串联而成。STATCOM的主体为一电压型逆变器VSI，uS为风电场并网点电压，u1为交流侧电压，RB为蓄电池的等效内阻，E0为蓄电池充满电时的开路电压，R、L分别为静止同步补偿器、隔离变压器和相连线路的等效电阻与等效电感。
3.2控制电路模型
在BESS-STATCOM风电系统电压稳定控制电路中，以风电场并网点母线电压和用功功率为控制信号，利用Park变换得到的间接电流加以控制，控制电路由一个电压外环、一个功率外环和两个电流内环组成。
3.3完善无功电压指标科学评价体系
综合考虑无功电压管理涵盖的电压、无功、设备动作等内容，在省调调度管理系统（OMS）中建立一套完整的无功电压状态评价指标体系，具体包括：电压合格率指标、功率因数指标、AVC自动控制率指标、AVC控制成功率指标、无功设备折返调节指标等，既有全局数据，又能够分解到不同电压等级、不同变电站。结合新能源入网进度和并网规模，及时修订每个指标考核标准，做到动态管理。通过这些指标定义，可以定量分析评价目前电网无功电压运行水平和AVC系统运行状况，为AVC系统策略优化、无功设备消缺、电网无功规划提供科学依据。
3.4桨距角控制
桨距角控制是通过控制风力机上桨叶的角度大小来改变桨叶相对于风速的攻角，最后风力机从风中捕获的风能也随着发生了变化。桨距角控制有着两种不同的控制策略：一种是风电机组的功率输出优化。另一种是风电机组的功率输出限制。风电机组的桨距角控制可以分为以下两种：（1）桨距角控制，随着桨距角β增大，风电机组机械功率PM降低。（2）主动失速控制，随着桨距角β增大，风电机组机械功率PM降低。因为桨距角控制可以在较短的时间内调节风电机机械功率，所以桨距角控制能够提高电网电压的稳定性。
3.5采用双馈感应发电机
与传统的异步发电机相比，双馈感应发电机由于采用了变频器控制，具有以下一些优点：（1）为发电机提供励磁。（2）具有控制无功与电压的能力。（3）能够实现对功率的解耦控制。 双馈感应发电机通过改变转子励磁电流的频率来改变发电机转子转速，当电网侧发生故障时，可以降低转子励磁电流频率来使发电机保持在同步转速。所以当发生故障时，电磁功率不会发生剧烈的振荡。
3.6切除风电机组
当发生严重的输电系统故障时，有选择性地切除一些风电机组能够有效地解决问题。在地方切除风电机组，能够减少在已达到输电极限的线路上的传输功率。目前，对于传统电源，采用切机方案已是常见措施。因为风电机组一般在电网末端，所以快速切除并不会引发太大的危险。
结束语
总而言之，风能作为一种间歇性能源，有其随机不确定性，以风能为动力的发电厂输出则具有很大的随机性。一旦并入电网，在3%范围内尚能忍受，超过5%，则必须设置“稳定器”，而一旦超过8%，将给电网带来毁灭性的震荡。目前，非并网技术已经基本攻克，但尚未取得丰富的经验。风电场无功优化策略与风电场并网环境，风电场电网结构等关系密切，通用的风电场控制策略难以满足风电场无功优化运行要求，风电场无功优化控制策略的制定应针对具体的风电场，通过系统分析及仿真计算等手段确定。所以，根据风电场并网环境及电网结构，研究风电场无功优化控制策略是亟待解决的技术问题。
参考文献：
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[4]马实一.风电场电压控制的研究[D].北京交通大学，2012.
[5]孙磊.风电并网对系统电压稳定性的影响研究[D].华南理工大学，2012.
论文作者:贾宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/23
标签：电压论文; 风电论文; 稳定性论文; 机组论文; 风电场论文; 功率论文; 方法论文; 《基层建设》2018年第6期论文;