调频技术在风力发电中的应用及对电力系统的影响分析

王磊

摘要 随着城市化发展步伐不断加快，城市用量需求也较之前出现了明显的增长趋势，单单依靠传统地发电技术已很难满足用户多样化的需求，因此加大对能源地开发力度已势在必行。当前，风电技术作为一种新型清洁能源技术被运用于电力系统中，受到了人们的普遍关注。基于此，现对风力发电对电力系统所带来的影响以及调频技术有效应用进行深入分析，使该领域得到更长远发展。

关键词 调频技术；风力发电；电力系统；影响

进入新世纪以来，随着国家对生态文明建设地重视程度不断上升，各行各业在生产中都在追求环保的理念。一些新能源，比如太阳能、风能也得到了大力地开发与应用。近年来，风力发电方面取得了显著地发展，不仅有效缓解了我国能源短缺问题，而且也符合国家构建生态环保型社会的相关要求。对此，如何高效率地借助风力发电所产生的能量，满足人们生产、生活之所需，是当前工作中所应关注的焦点话题，调频技术地成功运用一方面可提高设备的存储容量，提升调频能力；另一方面大大增强了风力发电的效率，为创建节能环保型社会提供了可靠的保障。

1.风力发电对电力系统的影响

1.1惯性响应与一次调频能力出现下滑趋势

随着风力发电系统的大力建设与发展，也必然会导致传统发电设备的停运。通过对风电机组进行观察可知其主要分为两种类型：一是双馈型风机；二是直驱型风机。两者的工作原理基本相类似，即借助电力变换技术实现对风电机组功率的有效控制，从而与电网所提供的能量相协调。此外，为了确保风能得以最大限度地利用，风电机组通常都在最大功率点处进行有效工作，若系统处于低频状况运行时，则需进行调频处理。要使电力系统得以安全、有序运行，引入跳频技术则显得尤为重要，这样可避免风电系统频率的变化所带来的波动现象。

1.2备用容量需求的上升

只有当实际发电量与用电需求基本处于动态平衡状况才是确保电力系统安全、稳定运行的基本保障，更是保证供电服务质量的首要因素。但是考虑到风力发电会对电力系统输出效率的稳定性造成不同程度的影响，因此需安装一种备用容量来有效解决上述现象。但是风力系统的可变性较大，一些突发因素就会对其造成不良影响，很难实现实时动态监控与准确地预测，为了解决这一问题，技术人员通过深入研究后采取扩大备用容量的方式加以处理。经过实践证明，若风电渗透率为10%时，需提高2%的备用容量。从中也能看出风力发电技术要想得以高效率应用，需要结合组备用容量的之处，但这无疑会加大资金地投入，因此在使用中应综合权衡。

2.风力发电中的调频技术

2.1转子惯性控制技术

随着科技的不断发展，风力发电已经有了长足的进步，风力发电的发电机主要有两种类型，即定速型和变速型。在以往的发电中大都采用了鼠笼式发电机，它可以为系统提供必须的惯性支持，但是它不能在频率调节中起作用，最重要的是它的容量非常小。在这2种发电机的比较中，大多数公司都采用了变速型的发电机，因为它的控制能力较强，所以可适用的机型较多，导致适用范围非常的广。此外，它还具有可控变速，在发电过程中也更为灵活，所以发电的效率也会有所提高。现如今的风力发电并不是非常的发达，所以在技术上还有很多不过关，在风力的选择上也较为苛刻，只能选择最大的风能捕获，这样发电机会一直维持在最大功率周围，不能采用调频技术，所以就无法实行精准操作控制，就会有很大的缺陷。虽然设备还不是特别完美，但是其本身可以进行控制，只要在其基础上稍微完善系统，就能使电机做出相应的反应，完全适应发电机系统的频率变化，这就可以实现频率调节功能，综合惯量控制方法的方法如图1所示。

2.2变桨控制技术

在风力发电过程中往往会因为风力的大小不同而使用调频技术，在风力较大的地区会采用变桨控制的方式来适应风力。具体操作中首先要对桨距角进行精准的操控，改变桨叶与风的角度和整体输入能量的大小，最好将其控制在最大功率以下，这样就会留出容量备用，实现对频率的控制。在风力较为缓和的环境下，应当将桨距角调大，这样备用功率也会增大。变桨技术对风力发电十分重要，因为其具有良好的操控性，可适用范围非常广，可以适用所有风速。但是它也有不好的一面，因为构造为机械组成，所以反应较慢，而且不宜经常活动，不然会出现损伤，导致机体运行受阻，甚至有可能瘫痪，风机的桨距角控制特性曲线如图2所示。虽然变桨技术有明显的弊端，但是在额定的风力下使用显然还是利大于弊，尽管会产生一定的维护费用，但是收益明显大于支出的。

2.3转子超速控制

转子在超速运转中如何实现对其进行有效控制，这是值得技术人员深思的地方，也是工作的重心所在。在实际工作中，风机的正常运行速率会保留一部分以备所需，所备用的功率主要是进行一次频率调节时使用的，所以在进行超速控制上主要是针对一次频率在调节时的响应速度加以实现的，如果响应速度过快，则对风机的影响程度就会较低，但存在不足的是风机的盲区部位是不能得以有效控制的，盲区内的运转速度若超出可承受范围时则需借助桨距角来维持功率的变化，以确保系统能正常运行。从中也可看出转子超速的适用范围也具有一定的制约性，需在额定的风速下才能正常运转，但转子超速对时间的要求不严格，可在多数时间内加以应用，这样可减少风力发电所带来的损失。变速风机超速控制见图3所示。

3.储能参与风电调频

在风力发电系统中，储能系统是非常重要的存在，它就像是后勤人员，时刻保障着整个机组正常的运转，它的主要功能就是储备能源，而且储能系统具有很强的灵活性，对于系统的指令可以在短时间内分析并作出正确的反应，而且它还非常的稳定，在调节频率的过程中同样也扮演了非常重要的角色。当使用得当时，储能系统会带来非常大的收益，但是如果使用不当，就会造成一定程度上的損失，例如成本过高导致利益降低，或是质量不合格导致储备容量达不到要求等，这些问题都会或多或少的影响风力发电的发展，所以在实际工作中，工作人员也在积极研发解决问题的办法，最终发现，将储能系统与转子控制相结合可以有效避免上述情况的发生。比如在转速控制过程中，由于其具有很强的灵活性，所以会在第一时间对系统频率的变化做出反应和调整，尽可能保证储能系统储存更多的能量，从而产生更多的利益，这对成本的控制也有着非常大的影响。再如在变桨控制中，在系统频率调节的一段时间内储能系统可以持续发挥作用，在没有其他因素的干扰下就可以将运行成本降低。从大局角度出发，不难看出，储能系统对于整个风力发电的重要性，对风力发电机组的运行也有着至关重要的作用，应该有效合理的利用储能系统，才可以得到更大收益。

4.结论

综上所述，随着风电技术地日益成熟，可为电力系统的安全运行提供一定的保障。通过在风力发电中引入调频技术，有效解决了风机运行中不稳定等不良现象，提高其使用效率，然而由于我国在风电技术方面的研究还较为有限，对其地成功运用还有待进一步探究，因此技术人员应结合传统电力技术地相关优势，不断开发新技术，提高风电技术地使用效率。