关于风力发电机组自动化并网运行之研究

刘磊

[摘 要]风力发电机组自动化并网运行的过程中，会对电网造成一定的影响。为此，除确保风力发电机组满足自动化并网运行的要求之外，还应采取有效的控制策略，降低对并网运行的影响。基于此点，从风力发电机组自动化并网运行的基本要求入手，提出风力发电机组自动化并网运行的有效控制策略。

[关键词]风力发电机组;自动化;并网运行;控制

一、风力发电机组自动化并网运行的基本要求

风能作为一种可再生能源，其具有分布范围广、储量大、对环境无污染等特点，基于这一前提，风力发电技术获得了快速发展，现已日渐成熟。风力发电机组（以下简称风电机组）的装机容量逐年递增，在电网中所占的比例越来越大。由于风电机组并网运行时，会对电网造成一定的影响。因此，所有需要自动化并网运行的风电机组均必须满足如下要求：

（一）风电机组有功功率

风电机组应当具备参与电力系统调频、调峰及备用的能力，并且应当配备性能完善的有功功率控制系统，该系统需要具备自动调节有功功率的能力;当风电机组的有功功率达到总额定出力的20%以上时，各机组应当能够自动对有功功率进行连续、平滑地调节，而且应当可以参与电力系统有功功率的控制;风电机组应当可以接收并自动执行电力系统调度中心下达的有功功率控制指令;风电机组在正常运行的情况下，在风电并网及风速增长时，风电机组有功功率的变化情况，应符合电力系统安全、稳定、可靠运行的要求，有功功率变化的限值应由电力系统调度中心按接入频率的调节特性进行确定，有功功率变化的允许限值如下表所示。

（二）风电机组功率预测

风电机组在自动化并网运行的过程中，功率预测应当满足这些基本要求：风电机组应当配备性能完善的功率预测系统，且该系统应当具有短期和超短期功率预测的功能，应每间隔15min自动向电力系统的调度中心上报未来一段时间内的功率预测曲线，同时应每天按规定上报次日0-24时内的功率预测曲线。

（三）风电机组无功容量

为最大限度地降低風电机组自动化并网运行对电力系统运行稳定性造成的影响，风电机组的无功容量应当满足如下要求：

1.无功电源

风电机组应当满足功率因数在超前0.95-滞后0.95这一区间范围内的动态可调性，如果风电机组的无功容量无法满足电力系统的电压调节需要时，必须加装无偿补偿装置。

2.无功容量配置

在对风电机组的无功容量进行配置时，除了应当遵循基本平衡的原则之外，还应与检修备用的要求相符;如果是直接并网运行的风电机组，配置的无功容量应当能够对线路中感性无功和的一半进行补偿;配置的无功补偿装置类型应当与风电机组实际并网情况相符，具体可通过无功电压的研究进行确定。

二、风力发电机组自动化并网运行的有效控制策略

目前，国内风电机组常用的并网运行方式有空载并网运行、负载并网运行以及孤岛并网运行。在上述并网运行方式中，空载并网运行的控制过程相对比较简单，并且容易实现。因此，空载并网的应用较为广泛。

（一）空载并网运行的原理分析

风电机组空载并网运行前，发电机的定子端会形成一条开路，而转子侧则会自动接入双PWM（脉冲宽度调制）变流器，并由变流器负责为发电机提供正常运转所需的励磁电流。同时，对转子侧的输入电压进行改变，以此来达到调节定子侧电压的目的。当风电场内的风速较小时，发电机的转差率比较大。因此，不宜进行并网操作，若是进行并网控制，则会导致转子侧的电压升高，将严重影响电网运行的稳定性。而在风速高于切入风速时，可通过变流器对转子侧的电压进行调节，这样便能控制定子电压，使其达到并网运行要求。为确保风电机组能够顺利并网运行，可以采用矢量控制法中的模糊PI控制策略。

（二）并网运行控制策略

模糊控制技术具有非常突出的优势，如无需精确的数学模型、鲁棒性强、容错能力强等，由此使得该技术在诸多领域中得到了广泛应用。但是模糊控制器的精度并不是很高，并且还无法消除系统的稳态误差。PI控制器具有结构简单、可靠性高等特点，但PI参数的整定值并不是全局最优。因此，为了提升控制效果，本文提出一种模糊PI控制的方法，这种控制方法兼具模糊控制技术和PI控制器的优点，可在线对PI参数进行整定，并且能够消除稳定误差。

综上所述，为最大限度地减轻风电机组自动化并网运行对电力系统运行稳定性造成的影响，必须保证风电机组满足并网运行的要求。同时，应采取合理可行的控制策略，对风电机组并网运行进行有效控制。

参考文献：

[1]张冬冬，韩顺杰，于佳文，等.双馈风力发电机并网运行控制及仿真[J].科技创新与应用，2018（6）：84-86.

[2]居鑫.双馈风力发电机组柔性并网及低电压穿越技术研究[D].重庆理工大学，2018.

[作者单位]

中国大唐集团新能源股份有限公司西南公司

（编辑：刘莉琴）