调频技术在风力发电中的应用及对电力系统的影响分析

冯江波

摘要：作为现代社会电网发电系统当中的重要技术，风力发电逐渐受到了社会的关注，并对之不停地加以改革和系统化，期待实现类似于传统电源发电的频率调节等功能。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

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

当前社会下的风力发电技术已经有了较好地发展，而它的发电机型主要有定速型和变速型两种。传统的风力发电机大多数都采用了鼠笼式发电机，这种风力发电机最大的优点就是能够主动为整个电力系统的运行提供必要的惯性支持，但是在另一方面，它的容量十分的小，而且在频率调节的过程中起不到任何作用。在两种风机当中，一般采用率较高的是变速型风电机，它具有很好的电力电子变流器控制功能，导致其机型波动范围一般较大。另外，由于它具有变速性质，在发电系统中操控起来也就自然显得方便灵活。由于风力发电技术并不是那么出彩，目前的风电能源一般会选择最大风能捕获以及控制的装置，在这样的状况下，风机只能运行于最大功率周围，无法采用调频的相关技术，更加无法有效合理的操控，也没有备用的容量，造成了很大的缺陷。尽管变速型风机具有很多缺陷和不足，但它本身可以进行良好的控制操纵，只要在控制目标以及策略上进行一定的调整完善，就可以充分的使发电机组适应系统频率的波动，并作出相应的反应，也就实现了频率调节功能。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

相对于转子的惯性控制而言，转子的超速控制可以更有效且全面地对转子运行的速度进行合理控制，也就可以使风机不再处于最大功率的点上，从而保留一部分的功率备用，并且可以将其用于频率调节当中。转子超速控制的技术目前主要包括对控制环节的设计与风机运行模式的改善，比如在现有的双馈风机使用中，转子超速控制的使用须在额定风速以下，同时转子超速控制可以有效增加辅助的频率控制。当风机的频率下降时，转子转速也会跟随下降，这样不仅可以通过部分动能的释放来调整提高频率反应变化能力，同时也可以大大增加整体机组的发电功率，在其中，也就实现了频率调节的功能。虽然转子超速控制具有以上的优点，但它在频率调节的过程中，存在着控制和操纵上的盲区。当风速达到甚至即将超过额定的数值后，机组会主动地通过对桨距角的控制来实现功率的平稳，此时转子转速的提高对功率已经失去了主要的提升作用，因此，转子超速控制的运行仅限于额定风速以下。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损失，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。

參考文献

[1]卢东红.风力发电过程中的调频技术探讨[J].中国电业：技术版，2016（6）：00031.

[2]柳伟，顾伟，孙蓉，等.DFIG-SMES互补系统一次调频控制[J].电工技术学报，2012（9）：108-116.

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