摘要：随着我国风电并网规模的扩张，风电处理的波动性与随机性也给电网调度、电网稳定运行造成了极大的负面影响。为了减轻负面影响对电网造成的损害，基于预测信息制定风电场集群调频控制策略也是非常有必要的。
关键词：预测信息；风电场集群调频控制策略；风力发电
我国对风力发电产业非常重视，持续多年占全球风力发电机装机数量、新增风力发电机装机数量的首位。然而，随着风力发电机在实际生活中的应用，风力发电也给我国电力系统带来了不良影响，影响到电网正常供电，影响人们的正常生活。
一、风力发电简述
1.概述
风力发电指将风能转化为电能，风能是一种无害、清洁的可再生能源，很早之前便被人们所利用。以往，人们主要通过风车来采集风能进行各种操作（比如抽水、比如磨面等）。而现在，人们主要用风能发电。
2.特性
风能发电具有相对典型的随机波动性特点，风电场风能具有分散性特点，风能可在自然界广泛分布，多隐藏在大气中，其能量密度比较低；风电机组本身无法抑制风电的波动。而影响风能发电随机波动性的因素有：风资源自身的变化，直接影响风向、风速改变、风机的高度、跨度间距、风电场中风电机组的组合排列方式、风机的尾流效应与塔影效应等。
二、风电出力波动对电网造成的影响
随着我国风电场的增多，电网中的风电渗透率逐步提高，风电功率的波动对电网造成的影响也在不断增加。再者，风电渗透率在电网中的提高，还会导致电网系统的旋转备用容量增加，导致发电、用电不平衡，威胁电网的稳定运行。最后，电力系统的惯性响应与一次调频率也会下降，无法及时提供足够的辅助频率支撑，导致缺失的有功功率无法得到相应的补充，进而减弱电力系统的整体惯性与频率的调节能力，导致频率稳定性问题频繁发生。
三、风电预测信息对电网调频的实际作用
现今，我国要求并网的风电场必须根据电网要求上报相应的风电预测数据系统，即风功率预测系统，电网系统则会通过各风电场风功率预测系统上报数据预测未来24小时乃至72小时机组出力情况，通过预测风电机组的出力，促使电力系统的发电量和用电量之间平衡，保证电力系统的频率和电压的稳定，进而保证电网的安全稳定的运行。风功预测系统正常情况下，每隔15分钟便会更新一次数据。以便电网公司更准确的采集各风电场实时数据，及时作出调整，但风电出力自身的波动性会随着风险渗透率的增加而增大，逐步提高对电网调度的影响。为了维持发电与电负荷之间的平衡，必须拥有更多旋转备用容量，但是旋转备用容量的增加会增加风电度电成本，影响风力发电快速发展。若能够精准的预测风电实际发电量，电网系统用可根据预测数据合理安排、调度发电。通过制定合理科学的风电场控制策略，能够令风电集群式保留一定的发电量作为旋转备用容量，让风电场成为一种能够调度的电能，有效降低风电波动性对电力系统的影响，同时大幅度降低电网系统的旋转备用容量，有效节约风力发电的成本。
四、基于预测信息的风电场集群调频控制策略
1.风电场集群参与调频控制架构
单个的风电机组参与电力系统的调频，能够提供的旋转备用容量比较低，其可靠性也较低。但是，风电场集群具有较多的风机数量，参与调频后，能够提供更大的旋转备用容量，能够充分发挥风电集群自身的平滑效应，进而提高风电集群的调频备用容量可靠性。首先，工作人员要合理设计风电场集群的架构，架构中需囊括风电场集群层、风电场层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而风电场集群层则需要设置相应的集群控制中心，方便接受电网的参考指令与相关风电场的预测信息，然后根据控制中心指定的策略对相关的各个风电场发布参考指令、风电场调频控制模式。还需在风电场层设置相应的调频控制器，用于修改参考指令，获取最终符合实际情况的风电场参考指令。再者，还需在风电场层设置风电预测、频率偏差测量、调频量计算等修正功能，进而实现风电场集群的调频[1]。
2.风机参与电网系统调频控制
正常情况下，风力发电机有变速型、定速型两种发电机。早期多使用定速型发电机，可维持定速运行，机组的转子转速和系统的频率是相契合的。因此，这种风机其实是可以为电网系统提供相应的惯性响应支持的。随着技术的进步，现今使用较多的是变速型风机，变速型风机中使用电力电子变流器，变流器通过调节风机发电机转子旋转磁场使定子侧频率与系统保持一致，变速型风机的系统频率、转子频率是不契合的，无法在电力系统频率发生变化时提供惯性支持。但变速型风机的控制非常灵活，可灵活调整控制策略或控制目标，令风机主动响应电网系统频率的变化，使电网系统具备一定的惯性响应能力和频率调节能力，从而参与电网频率的调节。风电机组应参与进电力系统的调频控制中，通过转子惯性控制，改变机组的转子侧边流器电流给定，控制转子速度的变化情况，仔细分析系统频率的变化，为电力系统提供相应旋转转动惯量。通过转子超速控制，可有效控制转子超速运行，可让风机运行处于非最大功率捕获状态，可有效保留部分有功功率备用，用于一次频率的调节。其次通过变桨控制，可调节风机浆距角从而改变浆叶的迎风角度，调节输入能量，让风机功率始终小于最大功率点下，从而保留一部分发电量作为备用容量[2]。
在风电机组的对转子的控制中，变流器可发挥非常重要的作用。变流器可对双馈异步风力发电机的转子励磁，令发电机定子侧输出的电压频率、电压幅度、电压相位与电网相同，可根据其实质需求进行无功或有功独立解耦控制。变流器控制双馈异步风力发电机实现并网，可有效减小并网对电流的冲击，对电网、电机造成的负面影响。变流器可提供多种通信接口，用户可通过接口迅速快捷的实现系统控制器、变流器、风场远程监控系统的集成控制。变流器还能够为供电系统提供过压、过温、雷击、过流的保护功能与实时监控功能，而且可以根据客户需求，实现高温、低温、防烟雾、防尘等运行要求。
3.风电集群调频控制仿真
风电机组容量的增加无疑为电能生产提供了强有力的补偿，可缓解传统能源发电的紧迫性。但在实践过程中可发现，一旦发生电网故障，电网的输出电压频率便会发生较大变化，影响电网运行的稳定性。因此风力发电过程中，低电压穿越技术的应用尤为重要，让风力发电更为规范、有效、安全、稳定。风电机组并网期间，通过低电压穿越技术可为电网提供相应的无功功率，可为电网持续运行提供稳固支持，指导电网系统恢复正常工作。在系统电压出现跌落时，风机穿越低电压区间，保障电网频率稳定。为确定策略的有效性与可行性，工作人员应制作风电集群调频控制仿真模型分析所制定策略的实际应用价值。通过模型的浅幅度调频模式控制负荷突变，由风电集群参与调频处理负荷突变结果。通过深幅度调频模式验证风电集群调频的安全范围，明确风电集群调频的有功支撑能力，进而处理负荷突变情况[3]。
结束语
风电大规模应用，不仅可源源不断的提高电能供应情况，也会给原有电力系统运行造成不良影响，这种不良影响会给人们的生活质量造成负面影响，妨碍风力发电的发展，影响风力发电在实际生活中的应用价值。为改善这一情况，应强化电网的支持服务能力，促使风电集群顺利调频。
参考文献：
[1]张健，李文锋，王晖，等.多电源梯级调频方案及风电场级调频时序优化策略[J].电力系统自动化，2019，43（15）：93-100.
[2]万天虎，汪飞，张江滨，等.风电场一次调频控制方法及试验研究[J].电网与清洁能源，2019，35（4）：60-65.
[3]万天虎，李华，唐浩，等.基于全场控制的风电场一次调频控制方式及其工程化应用[J].智慧电力，2019，47（1）：41-46.
论文作者:田莉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
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