风电机组电网友好型控制技术要点分析

侯伟军 齐苏伟 内蒙古华电新能源分公司

在大力提倡利用新型能源的背景下，风能作为可再生能源，一直是人们重点研发和利用的对象。近几年，在新能源产业不断发展的趋势下，我国的风电产业发展较为迅速。风能可以通过一些技术手段转化为人们生产生活所需要的各种能源，例如风力发电等。因为我国的人口基数大，对能源的需求量也更大，这就需要更好更快地研发风电产业的技术来促进社会的发展。

一、风电机组电网友好型控制的典型控制技术要点

（一）典型控制

风电机组电网友好型控制主要包括三个组成部分，即刚性目标、柔性目标和并网控制。刚性目标主要取决于规定的风电机组与电网间平均功率与实际操作中的数据是否相同或相近，它是一个既定的目标，在实际操作中需要严格按照规定和要求进行操作。柔性目标的判断预期正好与刚性目标相反，它主要取决于风电机组与电网间有功功率和无功功率之间的动态平衡，没有一个具体确定的数值。而并网控制则需要在刚性目标和柔性目标的基础之上，将电压和电流进行闭环处理，输出可以检测和控制的脉冲信号，从而对风电机组的运行实现有效的控制。

（二）电压协同

我国西北部作为风力较为强劲的地区，已经取代同步电机，建立了众多的风电装机。但因为新型的风力设备与传统的风力设备之间没有做好充分的衔接，导致出现了电力系统的调频和降压能力降低和谐波畸变的问题。针对这两个问题，需要采用以下两个方面的措施进行解决。

1.基频电压支撑

要解决电力系统的调频和降压能力降低的问题，可采用PWM 变流器这一设备。PWM 变流器具有高度的灵活性，可以有效地控制风电机组在基频电压动态变化时的不稳定性，让风电机组能够产生和同步电机相似的功能特性。并且通过协同转子的动能释放和转速恢复控制，实现风电机组的正常运行，为风电机组提供持续不断的基频电压支撑。2.谐波电压补偿

在替换掉传统的同步电机之后，风电装机的建立导致出现了谐波畸变的问题。PWM 变流器同样可以很好地解决这一问题。在高频开关作用下，PWM 变流器可以调节电流的大小和频率，从而很好地补偿谐波畸变，并且为风电运行机组提供了更加自由的运行环境。

谐波电压的补偿是电网友好型控制技术的一个重要体现，实现谐波电压灵活补偿的主要途径是虚拟阻抗。将PWM 变流器与虚拟阻抗相结合，就能够更加灵活地补偿谐波电压，解决谐波电压的畸变问题。

二、风电机组电网友好型控制的电流调控技术要点

PWM 变流器作为风电机组电网友好型控制技术的一项重要工具，不仅能够解决基频电压支撑和谐波电压补偿问题，它也在电流控制系统中起着非常重要的作用。

（一）相位同步

相位同步是获取控制基准和识别电网环境的重要结构，主要分为锁相环和锁频环两大类。锁相环的另一个名字叫PLL，锁频环也被称为FLL。根据相关的研究可以发现，尽管锁相环和锁频环能够通过构造虚拟电流和电压具备与同步电机的机电暂态过程，但在弱电网下，风电机组通过锁相环和锁频环实现相位同步时，电压也会受到有功功率和无功功率的影响，给风电机组的平稳运行造成阻碍[1]。因此，对于相位同步这一技术与风电机组之间的联系而言，仍然需要专业人员进行分析和研究。

（二）目标电流跟随

在电流的调控过程中，通常情况下会采用可实现多频率电流统一调节的多频电流控制器，来实现风电机组输出电流对多频目标电流的快速无差跟随。多频电流控制器是实现目标电流无差跟随的核心设备，它主要分为两种类型，一是线性多频电流控制器，二是非线性多频电流控制器[2]。但这一方面的技术研发仍然较少，因此有必要对多频电流调节器进行更深入的研究和分析，以便能够更加快速地实现对多频目标电流的高精度和无差跟踪。

（三）宽频振荡阻尼

宽频振荡阻尼技术在风电产业的发展之初并没有被专家学者引起过多的重视，然而在2015 年在新疆哈密地区的次同步振荡发生之后，专家和学者的研究方向和内容逐渐增加了宽频振荡问题。宽频振荡问题极易引发风电机组大规模的脱网事故。在进行了大量的学术研究和实验之后，阻抗分析法应运而生。该方法具有可扩展性强、物理意义清晰等优势，在提出以后便被广泛应用于风电机组并网的稳定性分析上。但宽频振荡阻尼的技术研究成果多集中于风电机组的个体化控制方面，还不能够解决大多数系统间的宽频振荡问题。

（四）暂态故障穿越

由于PWM 变流器对电压和电流的扰动耐受能力不足，尽管暂态故障穿越是现如今风电机组并网运行最重要、最基本的要求，但暂态故障穿越在发生后仍存在严重过电流与过电压的情况。针对这一情况，现如今最常用的风电机组保护装置主要是交流Crowbar 和直流Crowbar。许多专家学者都对这一情况提出了不同的解决办法，但总体来说，大多存在新增装备成本高、控制复杂等劣势。想要解决在暂态故障穿越方面出现的问题，必须要强化有功与无功功率的协同支撑，确保风电机组的暂态稳定性。

三、结论

总体看来，风电机组电网友好型控制不仅能够更加灵活地将风电机组和电力系统联系在一起，是应对大规模风电并网接入的重要举措，也为我国新能源产业的发展提供了极大的便利。但科技的研究是没有止境的，对于风电机组电网友好型控制的技术而言，仍需要不断的科研和研究，以应对出现的各种复杂情况。