趙洲　高雅潔

一、緒論

隨著我國可持續(xù)發(fā)展改革的不斷深入，尋找新能源被提上了日程，在電力方面，風電能源成為了我國主要研究領(lǐng)域，通過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的成就，在規(guī)模上也實現(xiàn)了突破，連續(xù)五年成倍增長。由于我國得天獨厚的地理條件，到如今，我國的風電裝機容量已經(jīng)成為了世界第一。但由于風電的不穩(wěn)定性導致風電時高時低，當風電較低時，風電場呈分散式接入電網(wǎng)中，控制較方便，一旦發(fā)生故障能及時停止運行，不會對電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來較大影響；而當風電較高時，影響會越來越顯著。為了使電網(wǎng)穩(wěn)定性得到增強，就應提高風電開發(fā)技術(shù)，相關(guān)專家研究出了更為嚴密的風電并網(wǎng)技術(shù)，對風電場的能力要求也越來越高，例如低電壓穿越能力（Low Voltage Ride-though簡稱LVRT）、輸出穩(wěn)定性、可控能力等。其中風電場低電壓穿越能力是并網(wǎng)發(fā)電的基本能力，維持著并網(wǎng)發(fā)電的運行。

二、低電壓穿越能力

低電壓穿越能力是維持風電場在風電電壓較低時能夠并網(wǎng)運行的基本能力，即使電網(wǎng)出現(xiàn)故障，也能保持電力的輸出，維持電網(wǎng)穩(wěn)定，帶故障排出后使電力輸出功率在最短時間內(nèi)達到正常水平。技術(shù)支持的情況下，風電場還可以具有無功支撐能力，為電網(wǎng)輸出無功電流，加快電網(wǎng)恢復速度。風電場能夠在電網(wǎng)電壓低于20%時維持電網(wǎng)運行0.625秒，并且在此后3秒內(nèi)網(wǎng)絡電壓低于正常水平90%的情況下維持并網(wǎng)運行。這就是其低電壓穿越能力。

三、風電機組低電壓穿越能力的實現(xiàn)

風電場類型的不同導致了實現(xiàn)低電壓穿越能力的方法不同。目前，風電場主要有兩種，異步電機為發(fā)電機的固定轉(zhuǎn)速風電場和雙饋變速風電場，在雙饋變速風電場中，風電場電壓為690伏特，經(jīng)過變壓器后，輸出電壓為110伏特或220伏特。

1.異步電機為發(fā)電機的固定轉(zhuǎn)速風電場

（1）安裝無功補償器，使其在靜態(tài)條件下對不同功率電網(wǎng)進行補償輸出；（2）安裝同步補償器，在靜態(tài)條件下使風電場具備低電壓穿越能力。

2.雙饋變速風電場

（1）短路保護技術(shù)；（2）正確的控制方法；（3）加裝新型拓撲結(jié)構(gòu)，由于外界原因造成的電網(wǎng)電壓急劇下降時，風電場能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，利用其低電壓穿越能力維持并網(wǎng)運行。

3.同步直驅(qū)式風電場

（1）減少風電場輸出功率，保持電網(wǎng)的功率平衡；（2）加裝保護電路。

四、電力系統(tǒng)模型分析

1.系統(tǒng)仿真模型

以我國某地區(qū)為例，如下圖所示。

圖中的每一個風電群都包含數(shù)量不等的風電場，這些風電廠內(nèi)部都得到了定量的功率補償。該模型的建立用到了我國電力研究院研發(fā)的軟件，模型中用到了百分之四十的恒阻抗，百分之六十的感應電動機。在設計時，使該風電場輸出功率為60%，設置的故障為站點4與電廠二之間電路（550k伏特）發(fā)生短路，在兩種情況下進行研究，（1）所有風電場都具有低電壓穿越能力；（2）所有風電場都沒有低電壓穿越能力。

2.故障分析

根據(jù)計算得出，當電路發(fā)生短路時，具有低電壓穿越能力的風電場沒有發(fā)生脫網(wǎng)；而沒有低電壓穿越能力的風電場則出現(xiàn)了變電站低電壓的狀況，部分風電場脫網(wǎng)，總量為570MW。

3.系統(tǒng)頻率分析

對于沒有低電壓穿越能力的風電場，電網(wǎng)出現(xiàn)故障時會有部分機組停止運行，共計容量是570MW，而由于容量的缺損造成電網(wǎng)頻率下降；而對于具有低電壓穿越能力的風電場則不會出現(xiàn)機組停工的情況。此外，具有低電壓穿越能力的風電場，電網(wǎng)出現(xiàn)故障10秒后頻率即可恢復正常；而沒有低電壓穿越能力的風電場則恢復不到初始頻率（會低0.02赫茲），這表明有低電壓穿越能力的風電場能更好的維持電網(wǎng)穩(wěn)定性。

4.常規(guī)機組特性

在該模型中，已知電廠三的初始功角為86.9度，當短路發(fā)生時，經(jīng)過30秒恢復穩(wěn)定，之后進行測量，具有低電壓穿越能力的風電場功角為87.55度，相差0.65度；而沒有低電壓穿越能力的風電場功角為84.57度，相差﹣2.33度，由此看出，具有低電壓穿越能力的風電場能夠幫助電廠三盡快恢復至初始水平，而沒有低電壓穿越能力的風電場由于與初始值相差過大，已經(jīng)形成了新的穩(wěn)定狀態(tài)。

五、結(jié)論

通過對該模型的計算分析，我們了解到了低電壓穿越功能對電網(wǎng)中電網(wǎng)電壓、輸出頻率和機組特性的影響，實驗結(jié)果表明有低電壓穿越能力的電網(wǎng)穩(wěn)定性更強，風電場不僅能維持低電壓下電網(wǎng)的運行，也有助于電網(wǎng)的恢復。正常運行時，具有低電壓穿越能力的風電場起到的作用是積極的，并且會減輕電網(wǎng)故障造成的影響；而沒有低電壓穿越能力的風電場則很容易在電網(wǎng)發(fā)生故障時出現(xiàn)風機大規(guī)模脫網(wǎng)，造成功率缺失，影響電網(wǎng)正常帶來不利影響。

（作者單位：1.國網(wǎng)新源張家口風光儲示范電站有限公司；2.國網(wǎng)冀北張家口供電公司）