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摘要：风能本身是一种可再生的清洁型能源，近年来在世界各国都得到了一定的重视和认可。风能蕴藏总量相当巨大，经过不完全统计，全世界范围内，可利用风能大约为2*107MW。我国是一个风能资源丰富的国家，仅仅在陆地上，可利用风能就已经超过2.5亿千瓦，同时我国风能也已经得到了较为充分的发展。风电容量越来越大，可以直接经过配电后工给用户使用，对电力系统产生越来与也打的影响。但是这也给电机组并网提出了更高的要求。本文针对不同风力发电机组同时并网中的稳定性问题进行了简要分析。
关键词：风机并网；小干扰稳定；暂态稳定；电力系统
近年来，能源问题正在威胁着人类社会的发展，环境问题也成为人类所面临的关键问题。风能是一种清洁可再生能源，近年来得到了人们重视。在整个电力系统中，风力装机的数量越来越多，如不解决其中的一系列关键问题，必然会影响到整个电力系统的安全稳定性。现在主要应用的风力发电机包括一部风力发电机、双馈感应风力发电机、永磁直驱风力发电机等等，不同类型电机组并网也会直接给电力系统的安全稳定性造成一定影响。
一、风力发电机组并网条件
首先，需要并组的风力发电机组的发出电源相许和电网汇流排相序应当是相同的，如果不符合此条件的风力发电机组强行并网，会导致拍振电流的出现，这样一来，发电机绕组因为电动力过高，线圈就会绝缘形成短路，无法正常工作。
第二，发电机和电网汇流排之间，需要保证电压有效值相等或接近，差值不能大于1/10，否则就会由于出现电位差，内部无功环流的出现，最终直接导致电磁冲击力的产生。
第三，发电机频率应当等同或接近于电力系统电源屏，频率差也要小于1HZ，否则会导致拍真的电流和拍振电压的产生，有功分量直接在发电机轴上出现力矩，导致发电机机械振动问题的出现，严重时会导致设备损坏。
第四，发电机电压相位和电力系统电源电压需要相等或接近，相位差要小于10°，若不满足该条件，会生成电流冲击，烧毁发电机。
最后，在波形上，也要保证发电机和电网均为正弦波形。
二、风力发电机并网方式简介
（一）异步发电机并网问题
异步发电机是现在世界范围电网并联运行应用最为广泛的风力发电机组，但是异步发电机在并网完成的瞬间，会产生较大的电流，可能会达到异步发电机额定电流的数倍，这样一来，电网电压会有所下降。近年来风力发电机组单机容量越来越高，这种冲击电流也会在一定程度上影响影响电机自身的安全性，给电网造成影响。如果冲击电流过高，可能会导致发电机和电网连接回路当中的保护开关关闭。而电网电压的较大幅度下降，则可能会使电压保护回路动作，导致异步发电机根本不能并网。
（二）双速异步发电机的并网
目前在与电网运行的风力发电系统中，由于风能的随机性，风速的大小经常变化，为满足风速的变化，充分利用低速时的风能，增加全年的发电量，近年来广泛采用双速异步发电机。其并网方法是当风速传感器测量的风速达到启动风速，（一般为3.0~4.0m/s以上），并连续维持达5~10min时，控制系统计算机发出启动信号，风力机开始启动，此时发电机被切换到小容量低速绕组，根据预定的启动电流，当转速接近同步转速时，通过晶闸管接入电网，异步发电机进入低功率发电状态。若风速传感器测量的1min平均风速远超过启动风速，则风力机启动后，发电机被切换到大容量高速绕组，当发电机转速接近同步转速时，根据预定的启动电流，通过晶闸管接入电网，异步发电机进入高功率发电状态。
（三）双馈异步发电机的并网
应用具有绕线转子的双馈异步发电机与电力电子技术的IGBT变频器及PWM控制技术结合起来，实现变速运行的风力发电机组发出恒频恒压的电能，并与电网连接。其并网方法为双馈发电机定子三相绕组直接与电网相联，转子绕组经交—交循环变流器联入电网。
（四）同步发电机的并网
由风力机驱动同步发电机经变频装置与电网并联，这种系统并联运行的特点如下：1）由于采用频率变换装置进行输出控制，因此并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。2）采用交-直-交转换方式，同步发电机组工作频率与电网频率是彼此独立的，风轮及发电机的转速可以变化，不必担心发生同步发电机直接并网运行可能出现的失步问题。3）由于频率变换装置采用静态自励式逆变，虽然可以调节无功功率，但是有高频电流流向电网。
（五）直驱交流永磁发电机组的并网
1）由于不采用齿轮箱，机组水平轴向的长度大大减小，电能生产的机械传动路径缩短，避免了因齿轮箱旋转而产生的损耗、噪音等。2）由于发电机具有大的表面，散热条件更有利，使发电机运行时的温升减低，减小发电机温升的起伏。
电力系统稳定分析 2．1小干扰稳定分析 所谓电力系统小干扰稳定是指当系统受到小 幅度干扰时，系统不会出现非周期性失步或白发振 荡，具有自主恢复起始运行状态的能力。目前，小 干扰稳定分析普遍使用特征值分析法，基于 Liapunov第一定律和线性系统理论，用状态空间法 将电力系统转化成一般的线性系统。通过求取上述 线性系统状态矩阵的特征向量和特征值，得到与系 统稳定性相关的定量、定性信息，如阻尼比、振荡 频率等，可反映电力系统的稳定性。式中：x为反映系统动态特性的状态变量；．y为系 统输入向量。根据李雅普诺夫第一法，可在稳定（X0Y0，风）处将上述方程线性化，即
阻尼比可以反映时域响应曲线振荡衰减速度的快慢，即振荡次数的多少。阻尼比孝越小，振荡衰减速度越慢，振荡次数越多，所以通过爿的特征根可实现系统小干扰稳定性分析。
由动态时域仿真曲线可知：同步发电机组或异步风电机组接入时，系统的摇摆特性类似：但是永磁直驱风电机组或双馈感应风电机组接入时，系统动态响应曲线出现发散现象，系统趋于不稳定。由仿真结果可知：对于不同类型风电机组并网对电力系统稳定性的影响，其中异步风电机组接入对系统动态性能的影响最小，同等条件下双馈风电机组接入对系统动态性能的影响要小于永磁直驱风电机组。
三、结语
近年来能源问题和环境问题越来越突出，风能得到了充分的发展，风电桩基容量越来越高，同时风机控制技术也从理论和实践上不断得到完善。但是现阶段就不同风力发电机并网过程中相关问题来看，仍然存在一定的不足。风力并网可以说给电网运营造成了很大的挑战，这就需要我们从技术上不断完善。本文针对不同风力发电机组同时并网当中的稳定性问题进行了简要分析，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。
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论文作者:刘宇航
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/31
标签：发电机论文; 电网论文; 电力系统论文; 风能论文; 机组论文; 永磁论文; 风速论文; 《防护工程》2018年第19期论文;