风电并网系统论文：虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

　　风电并网系统论文：虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

　　引言

　　当前我国发电技术不断进步，可以对天然能量进行有效应用，将其转化为电能，最终实现资源可再生，其发电包括了火力、水力和风力等多种发电技术，而风力发电属于我国应用最多的一种发电技术，风具有很强的可利用性。但风力发电容易受到外界多种自然因素的影响，风力发电的随机性属于发电的主要影响阻力，所以就需要加强对风力发电技术相关问题的分析与研究，选择合理的方式解决其技术问题，进一步提升风力发电的电能质量。

　　1 风电发展概况

　　我国对风电产业的发展已经历经了二十余年的时间，自上世纪九十年代起，我国便大力发展风电产业，而风电并网容易更是以年均 22%的速度呈现出明显的增长态势。现如今，我国风力发电的增长速度已经远远超过了其他发电方式。在 2012 年，我国的风机装机数量已经增长到了 2002 年的百倍以上，每年的平均增长率则高达 60%。在并网风电容量方面，截止到 2013 年我国的风电并网容量便已经达到了 62.4GW，在我国华中、华东、西北、东北以及华北等地，其风电并网容量分别达到了 0.88GW、4.7GW、12.6GW、19.2GW 以及 24GW，尤其是西北、东北和华北三地，其在全国风电并网容量中的占比高达 90.91%，百万千瓦以上的省级风电并网数量则多达 13 个。现如今，风电装机电源在我国 12 个省份中仅次于火电，这些省份包括黑龙江、天津、蒙西、山西、山东、宁夏、上海、蒙东、辽宁、江苏和吉林。由此可见，风电已经成为我国的主力电源。相比于 2011 年，我国在 2012 年的风电年发电量上便已经超过 10004 亿 kW·h，增长幅度达到了 37%，而且每年的风电消纳电量都有较为明显的提高论文发表。

　　2 含虚拟惯量的风电并网系统

　　以双馈风电机组为例（doublyfedinductiongenerator，DFIG），如图 1 所示，变速风电机组的有功功率输出指令 Pwe_ref 包含最大功率跟踪控制指令*Pmax 和附加虚拟惯性控制器的动态有功功率响应ΔPvic；Pm_ref 为调速器输出的机械功率指令值；Pm 为原动机输出的机械功率；Pg 为风力发电机输出的电磁功率；PL 表示阻性负荷消耗的有功功率；ΔP 为系统的不平衡功率；Δωs 为系统同步发电机角速度与额定角速度的偏差；k1 和 k2分别表示调速器的比例系数和积分系数；HG 表示系统等值惯性时间常数；Ds 为同步发电机的阻尼系数。DFIG 的转子侧变流器采用定子电压定向的矢量控制策略时，惯量控制器动态调整外环控制器的有功功率参考值，使外环控制器输出的转子电流有功分量发生变化，再由内环控制器输出相应的转子电压信号，最后通过对 SPWM 信号的调制，完成惯量控制过程。

　　3 风力发电并网技术

　　3.1 同步风力发电机组并网技术

　　风力发电并网可以为风力发电并网实施后的电能稳定供应提供有效保证。同步风力发电机组主要是结合风力发电机与同步发电机，在同步发电机的实际运行过程中，可以为输出功率的有效性提供良好保障，在发电机组的正常运行过程中，还可以为其提供必要的无功功率，同时显著提升周波的稳定性，促进电能的稳定传输。当前发电机组并网技术在电力发电中得到了有效应用，通常情况下该技术存在比较明显的风速波动，容易导致转子存在较大的转矩波动，从而使发电机组并网调速受到一定影响，其调速准确性很难得到有效保证。因此就需要深入分析两种发电机结合后的相关隐患，将变频器合理安装在电网和发电机组之间，进而使电力系统的振荡得到有效避免，进一步增强并网的整体质量。

　　3.2 异步风力发电机组并网技术

　　相对于同步电力发电机组并网技术，异步风力发电机组并网技术是利用转差率和电力运行的复合进行目标的调整，相对粗狂的运转模式对于调速精度方面的要求较低。因此这种并网技术可以实现设备结构和体系的简化，尽可能的降低设备安装的繁琐度和整体发电成本。同时，该并网技术也会导致从极电流过大，降低整体电网的电压水平，威胁到电网运行的安全。故此，异步风力发电机组并网技术应用时需要进行无功补偿，尽可能的降低抽选磁路饱和以及电流增大等问题的发生概率。只要注重对异步风力发电机组并网的控制以及各单一参数的控制，就可以避免重大失误的发生。

　　4 风力发电并网技术与电能质量控制策略

　　4.1 加强对谐波的抑制

　　在风力发电并网的实际实施过程中，要想使电能的质量控制效果得到整体提升，就可以对静止无功补偿器进行合理应用，有效抑制谐波危害等问题。静止无功补偿器主要是由多种装置构成，其存在非常快的反应速度，可以实时跟踪不断变化的无功功率，同时可以有效调节由于风速不稳定，而导致的电压变化等问题，最终充分实现谐波滤除的作用，使电网的整体电能供应质量显著提高。

　　4.2 加强风力发电机组设备的更新和管理，优化机组的设计

　　对于风力发电而言，发电机组设备的管理以及机组的优化设计是影响到风力发电质量的直接因素，为了解决风力发电并网技术中的问题并加强对电能质量的控制，就需要注重对风力发电机组设备的更新管理以及优化设计。实现发电厂中的风力发电机组、输电线路以及 SVG 和变电设备等各个环节之间的协调统一，保证设备运行的平稳和高效性，加强对设备和技术的结合，进而做好电能质量的控制工作。

　　结束语

　　风力发电并网技术的应用是能源结构优化调整的必然趋势，也是可持续发展的重要举措，为了保证风力发电能源的质量以及电力运输的稳定性，就需要做好相应的发电机组和设备的优化管理，注重谐波抑制和电网信息分析，提升技术人员的专业水平，加强电网故障诊断，全面提升风力发电能源的质量。