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关于青海风力发电以和双馈感应风力发电机组联网运行浅议 　　摘要：青海位于青藏高原，地势高亢，地形开阔，适合建立大型风电站。新建风电场大多采用双馈感应风力发电机组，并且实际运行中均采用功率因数cos=1的恒定方式运行，而没有根据电网运行要求来发挥其自身的无功调控潜能。受风速变动、电网运行方式变化等诸多因素影响，接入点电压往往波动很大，严重时还会影响风电机组的持续联网运行。本文从理论上分析了双馈感应风电机组的无功功率调控范围，构建了面向电网运行要求的风电机组无功功率调控策略 关键词：青海风力发电，联网运行，双馈感应发电机，无功调节 中图分类号：F407.6 文献标识码： A 0 引言 风力发电是风能大规模利用的有效途径，对改善能源结构、保护环境、促进能源可持续供应是有重要作用，因此近几年得到迅速发展。青海风能丰富区大都地处戈壁荒漠区域，开发成本小，气象灾害较少，运行保障成本较低，资源优势独特，开发潜力巨大。青海大部分地区平均风速比较大；甚至有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。 离网型小型风力机是解决高山、牧民用电的重要手段之一。尽管它不会产生较大的经济效益，但会带来较大的社会效益，对减少贫困、发展经济、和谐社会大有益处，因此风力发电在青海省仍然有着较广的发展前景。相对如此优势的自然环境中要发展风力发电，对风电机组的设计、制造要有更高的要求。大规模的风电开发必须要破解技术瓶颈。但是由于风电机组的输出功率取决于风速而具有间歇性，而且风电场通常位于电网末端，当风电接入容量达到一定规模时，风电场输出功率的随机波动将给电网运行带来诸多不利影响，尤其是当风速剧变时，风电场输出功率随着风速的剧变大幅度波动，严重时还可能会导致接入点电压水平越限，不但影响供电质量，而且还会危及风电机组的持续联网运行。 双馈感应风电机组控制灵活，通过控制使得其转速能够跟踪风速变化而作相应调节，在很大风速范围内都能有较高的风能捕获效率，并且无需额外提供励磁，本身具有一定的无功功率调控能力。而相对于永磁同步发电机，双馈感应电机所需配置变流器的容量仅为风电机组额定容量的30％左右，成本相对较低。双馈感应电机已成为目前主流的风力发电机型。 目前双馈感应风电机组大多是基于cos=1的恒定功率因数方式运行，而未能根据电网运行要求进行必要的无功功率调节。如何充分利用双馈感应发电机的灵活调控能力来改善其接入条件已成为双馈感应电机联网运行控制研究领域的重要研究内容。本文从理论上分析了双馈感应电机的无功调节范围，构建了面向电网运行要求的双馈感应发电机的无功调控策略。 1 双馈感应风力发电机组的数学模型 双馈感应风力发电机组主要包括风力机、双馈感应发电机和四象限变流器等，图1是其结构示意图 图1风力发电机模型结构示意图 风速为V0时，风力机所捕获的能量为： 式中：Pw为风能；为空气密度；A1=R2为风力机叶片扫过面积（R为叶轮半径）；Cp为风能捕获系数，是表征风力机捕获风能大小的一个量，与风力机的转速()、风力机的桨距角()等因素有关，其理论最大极限值为0.59。 双馈感应发电机组的等效电路图。 图2双馈感应发电机等效电路图 由此可知，由于双馈感应电机的无功调节能力随着风速的增大而减少。 2 双馈感应风力发电机的无功控制策略 从定子功率方程可知控制发电机转子电流交、直轴分量的大小可以控制定子有功、无功的大小。 传统的双馈电机一般以cos＝1.0的恒定方式运行，即Qref＝0。为了充分挖掘双馈感应电机的无功调节能力，可根据电网的需求来确定Qref。 一般Qref是以功率因数和端电压为控制目标来确定。以功率因数为控制目标时，根据双馈感应电机发出的有功再求出Qref，即Qref＝Pouttan。 当以端电压为控制目标时，给定一个电压参考值Usref，通过一个PI控制求出Qref。Qref经过一个限幅环节，再通过一个PI控制求出Irdref。其中限幅环节原理图如图3所示 图3双馈感应电机无功控制原理图 3 风速变化时恒电压控制 由风力机风速-功率特性可知，风电机组转速能够跟踪风速变化，按指定的参考转速运行，输出功率基本上在参考功率附近。双馈感应电机在有功输出的同时还有一定的无功调控能力。 分析风速波动时对风电场出口电压的影响，风速上升时风电机发出的有功增大，风电场就地平衡了线路的有功，减少了系统中交流线有功传输，降低了线路的压降，电压逐渐上升。当双馈电机采用恒电压为控制目标（Uref＝1.0p.u.），，由于风速的增加，双馈电机的无功调节能力减少，系统需求的无功大于双馈电机的无功调节能力，不能满足系统需求，此