大规模风电并网对区域电网稳定性的影响及协调控制策略

随着全球能源结构的转型，可再生能源在电力系统中的占比持续提升，风电作为其中的重要组成部分，其大规模并网已成为不可逆转的趋势。然而，风电固有的间歇性和波动性对区域电网的稳定性提出了严峻挑战。为应对这些问题，本文详细分析了电压稳定性、频率稳定性及暂态稳定性等关键评估指标，并结合实际案例探讨了风电出力的基本特性及其预测方法。

1.电网稳定性评估指标

1.1 电压稳定性

电压稳定是指电网在正常工作状态下，或发生外界干扰时，电网各节点电压都能保持在允许的范围之内。该指标是指电网在无功负荷下，能够满足电网所需的无功功率。对电压稳定的评价一般包括两个方面：一是静态的，二是动态的。静态分析侧重于稳定状态下的电压余量问题；在动态方面，充分利用了电力系统受干扰后的自愈能力。在此基础上，提出了一种新的控制策略，即电压偏差率，电压恢复时间和临界母线电压的下限三个控制参数。在风力发电系统中，无功控制是保证电网电压稳定的关键。

1.2 频率稳定性

频率稳定性是指当电网受到较大干扰时，能够保持或使其达到正常工作频率的能力。该模型能较好地反映电力系统的有功功率均衡状态。对频率稳定度进行评价的主要方法有频率偏差、频率变化率和频率恢复时间。在常规的电网中，同步发电机自身的惯性矩是其固有频率的一种自然缓冲。但是，以风力发电为代表的新能源大量接入，使得系统惯性减小，对其频率稳定提出了新的挑战。

1.3 暂态稳定性

暂态稳定性是指当电网受到大干扰时（如短路故障、负载突变等）时，仍能维持系统的同步稳定。该模型主要体现了系统在故障产生与排除两个阶段的动力学特征。重点考虑机组功角差、临界切除时间和瞬态能函数等因素对暂态稳定的影响。在风力发电系统中，换流器的控制策略对电网的瞬态稳定起着至关重要的作用，其关键在于其对电网的故障穿越能力以及对电网的快速调节。以虚拟同步机等先进换流器为代表的先进换流器能更好地模拟同步发电机的工作状态，改善系统的暂态稳定性。

2.风电出力特性分析

2.1 风电出力的基本特性

风电出力特性分析需要综合考虑风速的随机性与波动性，这些特性直接影响风机的输出功率。由于风速的幅值和方向都在不断地改变，这就使得风扇的出力也不稳定。在此基础上，根据实测资料，提出了风机功率与风速的数学模型。另外，考虑到风电场的地理位置对发电能力的影响，各地区风力资源的不均匀性，造成了发电出力在时间和空间上的不平衡。

2.2 风电出力特性的预测方法

为了更准确地评估风电的出力特性，通常会结合概率分布函数和时序模拟方法进行预测。概率分布函数能够描述风速和风电出力的概率特征，从而帮助预测不同功率水平出现的可能性。采用时序仿真法，将风力发电与风力发电结合起来，利用时序建模的方法，对未来的风力发电进行预测。研究成果可为电网调度决策提供科学依据，提高电网对风力发电波动的适应性，确保电网安全稳定运行。

3.区域电网风电接入的影响分析

3.1 区域电网风电接入对电能质量的影响

随着风电在区域电网中的占比逐渐增加，其对电能质量的影响愈发凸显。风力发电是一种间歇性、波动性很强的发电方式，其大规模并网会引起电网的电压、频率波动。在风力发电系统中，风力发电系统的出力也会发生较大幅度的波动，这将导致电网电压的闪烁与波动，从而对用户用电设备造成不利的影响。另外，风力发电的随机性也会引起电网频率的不稳定，从而影响到电网的安全与稳定。

3.2 应对区域电网风电接入影响的策略

为了应对风电接入带来的问题，需要从技术层面制定有效的控制策略，同时优化电网调度方案，以平衡风电出力的不确定性。在技术上，利用静止无功（SVC）、静止同步（STATCOM）等先进电力电子器件对电网进行电压调控，增强电网稳定。同时，利用电池存储、抽水蓄能等多种存储方式，抑制风力发电功率波动，增强风力发电的可预测性与可控性。在电力系统调度层面，亟须构建一套科学的风电并网运行评价模型，以定量刻画风电并网对电网稳定的作用，从而为今后的并网计划制定提供可靠的决策依据。

4.风电机组控制策略

4.1 先进控制技术在风电机组中的应用

为了提高风电机组的运行效率和稳定性，需要采用先进的控制策略。通过对风机叶片倾角调整方法的研究，能够在提高风电机组风力发电效率的前提下，降低风电机组在运行过程中产生的机械应力对机组运行的影响。该控制系统采用智能算法，可实时监测风速、风向等环境参量，对机组工作状态进行动态调节，以达到最大功率点追踪的目的。通过该方法，可以实现对风机运行状况的预报与优化，从而达到提高发电效益的目的。

4.2 风电机组应对电网异常的控制策略

在电网故障或电压波动情况下，快速响应的低电压穿越技术可确保风电机组保持并网运行，避免因突发状况导致的大规模脱网现象。利用无功补偿技术，可以在电网出现异常情况时，为风机提供无功支撑，有助于电网的电压稳定。当风机发生频率变化时，可以通过调节功率来调节风机的输出功率，从而保证电网的稳定运行。

结束语：

综上所述，大规模风电并网对区域电网稳定性需要从多个层面进行综合分析。通过优化风电机组的控制策略，不仅可以提升单个机组的运行效率，还能增强整个风电场在复杂电网环境中的适应能力。同时，结合先进的监测与预测技术，可以进一步降低风电波动对电网稳定性带来的潜在风险。

参考文献

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