并网运行风电机组的稳定性分析

王长春

摘 要：考虑到实际的风电机组在安装的过程中会受到很多方面因素的影响，且这些影响会对并网发电产生干扰。所以，对并网运行下风电机组稳定性的探讨具有重要意义。

关键词：并网运行；风电机组；稳定性

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0112-01

引 言

风力发电作为可再生能源的主要利用方式，近年来得到了快速发展。过去10年，世界范围内风力发电年均增长28%。中国不断加大对风电场的投资建设，到2020年力争使风力装机容量达到30GW。随着大型风电场在电网中并网比例的增多，风电场给电网的安全运行带来了巨大挑战。

1 影响风电机组运行稳定性的因素

1.1 联接螺栓力矩的保证

在风电机组运行过程中，螺栓的联接起着非常重要的作用，所以，螺栓必须要有高标准的质量和安全系数分析，从而避免螺栓突然变形、断裂而引起的突发情况，然后，在风电机组安装完毕之后，要对螺栓力矩值进行分析和检验，使其相关的数據达到安全系数的标准。当风电机组使用一段时间后，要及时的对它们进行检修，在检修的过程中，主要用液压扳手对其进行检验，而且液压扳手不能超过3个百分点的数据误差，假如螺母的旋转角度与拧紧时的夹角超过了20°之后，就要对其进行全面的检查，假如夹角超过了50°之后，就要及时的更换螺母，避免螺母的损坏而破坏风电机组运行的稳定性。

1.2 良好的绝缘性能

风电机组在运行过程中，其运行的稳定性受风电设备绝缘性能的影响很大，如果线路与线路之间的绝缘性能出现问题，就会很容易被击穿，如果风电机组长时间在这种环境下运行，热击穿以及电化学击穿的问题很有可能会发生，不利于风电机组的安全稳定运行，如果绝缘性能不好，绝缘工作不到位，当最大的电压值比临界值要高时，就会造成发电机组损坏，严重时很有可能会造成严重的火灾事故。所以，在选用风电机组时，要对它的各方面系数进行分析和测评，特别是对绝缘性能的分析要十分谨慎，选择优质的产品，才能保证其运转过程中的安全。

1.3 良好的环控装置

环控装置主要是在机组运作过程中起调节作用的装置，包括了变流器和发电机散热系统、齿轮油冷却系统、以及双馈型机组等系统，良好的环控装置，可以使得风电机组运行更加稳定、安全可靠。在一般的风电机组中，设计的温度在25～45℃之间就可以了，但是，在极其恶劣的环境中，还需要增加一些相关的设备，适当的调整控制的设备，为风电机组的运行提供一个安全、稳定的环境。

2 并网运行对风电机组稳定性的影响及控制

2.1 风电对电力系统电压稳定性的影响

电压稳定性是指电力系统在正常运行中受到扰动，维持系统所有母线电压保持允许范围内的能力。当电力系统节点负荷增加或改变系统条件时，电压可能会连续或失控地衰减，导致系统电压不稳定。根本原因在于无法满足电力系统无功功率要求，通常是因负荷变化或是联络线传输功率过大造成无功损耗过大而引起的。

从各国风电场运行现状看，电压稳定性问题仍然存在，这是由风电场的无功特性决定的。在高出力阶段，并网风电场风电机组由本来的受端系统转为送端系统，对电网输出功率。风电场引起的电压稳定性降低、电压崩溃与常规电力系统失稳的机理一致。

风电并网对电压稳定性的影响是多方面的。恒速异步机组在运行中同时进行有功与无功的出力，无功需求量较多，导致风电在并入电网时电压不稳定。此外，并网地区的短路容量、输出线路的R/X比以及风电场采取的无功补偿方式也会影响电压的稳定。风电场的主力机型仍是恒速风电机组。因无功需求量较高所引发的电压不稳定问题尤为突出，所以恒速机组并网电压稳定问题是一项值得研究的课题。具体地，可以考虑发挥SVC，STATCOM等电气设备的无功补偿优势，增强电网电压的暂态稳定性。

双馈风力发电机组相比于恒速风电机组，具有风能利用最大化、无功需求少等优点。双馈风力发电机组的并网电压不稳导致电网故障，会使风力机组大面积脱网运行，致使电网电压崩溃。因此，要提高故障期间风力风电机组的低电压穿越能力，需关注以下两个方面：

①优化控制策略，提高风电机组对转子励磁磁链的同步跟踪准确性，保证机组在电网发生短路故障时不脱网运行；②在电网发生故障时，适时启用Crowbar电路，减少风电机组对电网无功功率的吸收，同时利用STATCOM装置进行无功补偿，避免电网电压进一步降低。

2.2 风电对电力系统频率稳定性的影响

电网频率的稳定与有功功率的平衡紧密相连。在电网有功功率与负荷不平衡时，如短路、断线故障及解列机组等问题，均会导致系统频率出现波动。由于风电发电功率难以预测，风电机组发电量与负荷量间的平衡需要其他发电机组来调节，如传统的火电、水电。随着风电在电网中的比例逐渐增大，风电系统对电网频率的影响不容忽视。

当电网因功率不平衡引起电网频率下降时，系统惯量大小对系统频率的稳定性将起到关键作用。惯量降低会导致系统频率进一步降低，扩大频率事故的不良影响范围。当电网频率不正常时，恒速风电机组与双馈风电机组的频率响应特性截然不同。恒速异步机组由于系统频率与转子的转速祸合程度较高，系统频率降低，对应的转子转速也随之降低，部分动能被释放，提高了机组的惯量响应能力，有利于电网频率故障的恢复。双馈风电机组因其转速与电网频率能实现完全解祸，所以当电网频率故障时机组难以提供惯量，需要通过增加功率裕度、增设储能装置及混合型风电场等手段，提高风电并网频率的稳定性。

3 结 语

总而言之，在风电机组运行的过程中，风电机组的整体性和稳定性起着非常重要的作用，不容忽视，要想保证风电机组运行过程中的安全，就必须要对风电机组的质量进行管理，确保风电机组的稳定性。这就需要各方面的共同努力，作为风电机组制造行业，要有统一的制造标准和体系建设，确保设备的稳定性，制造出质量上乘的风电机组，国家也应该在运行管理、规划建设、并网监测等相关的方面制定出各种安全的标准，才能够使得风电行业有着更为安全稳定的发展。

参考文献

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收稿日期：2018-9-23