电力系统中的风电并网与输变电研究

风电新能源并网技术研究

摘要：在构建绿色社会的理念指引下，为了减少环境的污染，多数传统能源使用领域逐渐以电力商品来作为第一优先替代能源。在这种背景下，电力行业的发展就迎来了全新的时期。风电作为一种生态效益显著的资源开发形式，近年来受到全社会的广泛关注，风电是以自然资源来作为能源转化的一种重要形式，相对于传统的火力发电而言，其生态价值更为显著，十分契合构建绿色社会的发展观。尽管风电的优势性如此明显，但是风电并网过程中，仍然存在着一定的不足，从而影响了电网的稳定性。基于此，就需要结合风电发展的趋势，来加强对并网技术的研究与应用工作，从而让风电更好地并网运行，发挥出其生态作用。

关键词：风电工程，新能源，并网技术。

1风电新能源发展现状

风能利用技术主要是采用大齿轮的风轮对小密度的风能进行转换，但是现有风轮机对于风能的开发利用程度较低，受各种因素的影响，造成风轮机的效率维持在20%－50%之间。风的方向和速度具有不确定性和间歇性，电能波动较大，考虑风力机组的本身特性，造成得到的电能具有较大的差异性和波动性。我国具有丰富的风能资源，但是在对风能资源的利用上却比较受限。由于资源本身比较丰富且难以储存，造成对于风能的利用成本远高于发电环节的成本，因此在蓄电方面受限，对于电力的运用不充分。另外，由于电网的不可调度性及风能不可控性，无法对风力风电实现行之有效的调度，与此同时，部分地区缺乏先进的机组设备，造成对电力运用受限，加大了调度的难题。

就目前来看，由于技术受限，因此各地区风能利用率较低，且电网调度困难，影响电力系统的发展。对此，首先应考虑风电对于电能质量的影响，通常采用异步发电机规避风电单机的影响，直连配电网。丰富的风电资源距离核心用电区较远，电能的远距离传输会造成谐波污染，使得电压闪变风险系数变大；其次，实现对电网的调度和规划，可以最大化利用现有的风能资源，但是由于风能调峰量具有一定的局限性，制约了对风电的使用率，一旦电网无法实现对功率的有效控制，很容易造成风力注入受阻问题。因此，需要对风电系统进行有效规划，采用适当的电网容量，从而实现电网系统快速发展，同时带动区域经济的发展。

风电并网对电力系统电压稳定性的影响

摘要：随着科技的快速发展，风力发电机技术得到了不断的更新，相应的单元结构得到了优化，有关性能得到了提高。在这种形势下，风电正逐步走向产业化。加速风能的开发和利用，有利于提高保护环境和减少能源消耗。事实上，风力发电机的功率是非常不稳定的，在风电场并网的时候，会对电力系统的电压稳定性和安全性产生很大的影响。因此，对风电场并网带来的电力系统稳定性的影响进行系统的了解，有助于明确科学的管控措施，从而保证电网运行的稳定性。

关键词：风电并网；电力系统；电压稳定性

前言：风力发电是一种新的可再生能源，在全球范围内得到了快速的发展。目前，我国风电建设正处于高速发展期，大型风电机组接入电网是风电发展的必然要求。风电场接入电网分析是风电技术三大核心问题之一，对风电场的规划、设计、运行等方面都有重要意义。随着风电机组装机容量在电网中的比重不断增大，风电机组对电网的影响也日益突出。为了保证电网的安全稳定运行，有必要对其进行深入的分析。

1风电并网的主要问题

1.1电压波动和闪变

目前大部分风电机组都已实现了软并网，但是，由于风电机组的起动存在着很大的冲击。当速度大于切断速度时，风扇将在额定输出功率下自动停止运转。若风电场中全部风机在同一时间运行，则其对配电网络的影响将非常显著。除此之外，风速的变化以及风机的塔影效应都会造成风机出力的波动，而其波动恰好处于可以产生电压闪变的频率范围之内（小于25 Hz)，当风机在正常运转时，也会给电网带来闪变问题，对电能质量造成影响。风电并网运行时，造成电网电压波动、闪变等现象的主要原因是风电机组出力不稳定。风力发电系统中的有功与无功共同作用于电网电压的变化。风力发电机的有功功率在很大程度上取决于风速；对于无功而言，恒速风力机所需的无功会随着有功的变化而变化，而双馈电动机通常都是恒定的功率因子，所以其无功的变化幅度很小。风电并网后，除了在连续运行的情况下，还会在启动、停机以及机组的切换等过程中发生电压波动与闪变。风电机组的开关动作主要有起动、停机和发电机开关三种，而发电机开关只适合多个或多个绕组的风电机组。这种开关动作会导致系统的电力波动，进而导致系统的电压波动，甚至会导致系统中的其它节点以及附近的电网发生闪烁。

风电并网中的柔性直流输电技术分析

与以往工作不同的是，风电并网的工作开展时，一定要在稳定性方面做出较大的努力，应尽量减少各种不良因素的作用，从多个方面保证各项工作的开展可以按照预期来执行。柔性直流输电技术在现阶段的研究当中，不仅将以往的技术作为对比，同时还在技术的优势研究上比较深入，希望由此来在风电并网过程中，提供更多的帮助。

一、柔性直流输电系统

（一）柔性直流输电技术的特点分析

对于风电并网而言，虽然自身具备的积极作用比较突出，可是在很多工作的开展上，都不能从传统的角度来出发，应在多个方面保证柔性直流输电技术得到有效的应用，减少强制性的错误操作，保证各项工作的落实能够得到预期的效果。分析认为，柔性直流输电技术的特点主要是集中在以下几个方面：第一，柔性直流输电技术的实施，自身是一种将可关断电力电子器件引入直流输电领域的新型直流输电技术。该项技术的操作过程中，主要选择的设备，表现为具有自关断能力的全控型半导体器件IGBT所构成的电压源变流器，该项设备可以将常规的设备更好取代，相比基于半控晶闸管器件的直流电源变流器而言，柔性直流输电技术的设备在性能上更加优秀。第二，从电网技术的使用上来分析，柔性直流输电技术在落实以后，能够将独立的控制有功能力、独立控制无功能力更好的发挥出来，针对潮流的反转而言，能够在较短的时间内实现。这样一来，就可以更好的提高交流系统的输电能力，同时在功角的稳定性方面也取得了较大的提升。一般而言，柔性直流输电技术在应用到风电并网的工作以后，能够在很短的时间内恢复供电，在黑启动方面，以及向无源电网供电方面，也得到了较好的效果。第三，柔性直流输电技术在实施以后，对经济上的影响较大，对环境上的影响较小。多数地方在操作柔性直流输电技术时，仅仅需要占有很小的土地面积，在相关工作的施工工期上也表现较短，该项技术所产生的电磁干扰并不高。

（二）柔性直流输电系统运行方式

对于柔性直流输电技术而言，其在使用的过程中，主要是借助于相关的系统来完成的。当前所研究的柔性直流输电系统，本身所具备独立的无功功率控制能力，还增加了高压直流输电方式，能够以STATCOM的方式来运行。我国在现代化的建设中，一线城市对于柔性直流输电技术的关注度较高，其在采用的过程中，也充分结合了自身的需求来完成。例如，上海南汇风电场柔性直流输电工程的建设，是亚洲首条柔性直流输电示范工程。该项工程在运作的过程中，可以更好的与相邻的交流线路来共同的运作。通过对工程做出分析以后，认为南汇风电场柔性直流输电系统，自身具备了5种运行方式：第一，柔性直流输电系统，可以直接接入到外部电网，不会产生排斥现象；第二，将柔性直流输电线路，连通交流线路完成并列运行工作，既不影响以往的工作，又可以对后续的工作产生积极作用；第三，选择柔性直流输电系统，通过STATCOM的方式运行，达到了简单、经济、快捷的目的；第四，通过柔性直流输电系统，完成负荷供电的处理；第五，将柔性直流输电系统停运，更好的完成相关维护工作。

风电变流器的多种并网控制方法比较

引言：

风电发电作为可再生能源的重要组成部分，越来越受到关注和推广。而风电变流器作为风电发电系统中的核心设备之一，起到了将风力发电机产生的交流电能转换为可与电力系统交互的直流电能的重要作用。在风电变流器的设计中，并网控制方法的选择是至关重要的，不同的并网控制方法会对风电的发电效率、稳定性以及对电力系统的影响产生不同的影响。本文将对当前常用的风电变流器的多种并网控制方法进行比较，并对其优缺点进行探讨。

一、直接并网控制方法

直接并网控制方法是风电变流器中最为简单的一种方式。其通过将风电发电机输出的交流电能直接与电力系统相连，达到将风能转化为电能并注入电力系统的目的。该方法主要包括电压控制和频率控制两种方式。

1.1 电压控制

电压控制是直接并网控制方法中较为常见的方式。其通过对风电发电机输出电压进行控制，使其与电力系统的电压保持一致，从而实现风电发电机与电力系统的高效并网。电压控制的优点在于不需要对电流进行独立控制，因此结构简单，容易实现。然而，由于电压的波动会对电网稳定性产生影响，因此在实际应用中需要合理设计控制策略，以保证电网的稳定性。

1.2 频率控制

频率控制是直接并网控制方法中另一种常见的方式。其通过对风电发电机输出的频率进行控制，使其与电力系统的频率保持一致，从而实现风电发电机与电力系统的并联。频率控制的优点在于可以减小电力系统频率的波动，提高电网的稳定性。然而，由于频率控制需要对电流进行独立控制，因此控制系统的复杂度较高。 二、间接并网控制方法

除了直接并网控制方法外，还存在一种称为间接并网控制的方式。该方法通过使用一个电容器将风电发电机输出直流电能转换为交流电能，再将其与电力系统并联。间接并网控制方法主要包括无感双闭环控制和模型预测控制两种方式。

2.1 无感双闭环控制

无感双闭环控制是间接并网控制方法中较为常用的一种方式。其通过对风电发电机输出电流进行控制，同时检测电网侧的电流和电压，从而实现风电发电机与电力系统的并联。无感双闭环控制的优点在于可以实现高质量的功率注入电力系统，提高发电效率和系统稳定性。然而，该方法在控制策略和参数选择上相对较为复杂，需要合理调节电流和电压环的参数才能保证系统的稳定性。