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摘要：风能作为一种清洁、可再生的能源，得到迅速发展。随着大规模风电机组并网接入电力系统，会给电网的电能质量、稳定运行带来影响，研究风电机组接入电力系统的稳定性问题迫在眉睫。电压稳定性是电力系统在正常情况下或遭受扰动之后所有节点维持可接受电压的能力。当系统受到扰动而进入电压不稳定状态时，负荷需求的增加或系统状态的变化将引起电压不可控的连续下降。引起电压失稳的主要因素是电力系统无功功率的严重不足。因此，研究并网运行的风电机组的系统电压稳定性和动态稳定性很有实用价值。
关键词：电压稳定；并网运行；风电机组；
作为风电场的基本组成单元，单台风电机组的运行特性及其控制模式对整个风电场的稳态和动态行为都将产生重大影响。在风电场设计规划阶段选购风电机组时，既要考虑不同风电机组的运行特性及经济性，又要考虑机组选型对本地电网稳定运行的影响。
一、电压稳定性
电压稳定性可以通过P-V曲线进行描述，如图1所示，即系统的传输功率与负荷节点电压之间的关系。图1中，P表示某负荷节点功率，V表示母线的电压。
二、变桨距风力发电机组的运行状态
由于变桨距系统的响应速度受到限制,对快速变化的风速,通过改变节距来控制输出功率的效果并不理想。因此，为了优化功率曲线，最新设计的变桨风力发电机组在进行功率控制的过程中，其功率反馈信号不再作为直接控制桨叶节距的变量。变桨距系统由风速低频分量和发电机转速控制，风速的高频分量产生的机械能波动，通过迅速改变发电机的转速来进行平衡，即通过转子电流控制器对发电机转差率进行控制，当风速高于额定风速时，允许发电机转速升高，将瞬变的风能以风轮动能的形式储存起来；转速降低时，再将动能释放出来，使功率曲线达到理想的状态。
三、风电机组的稳定性分析
1.静态稳定性分析。根据风电机组的工作原理，将风电机组等效地用随风速变化的有功和无功电源表示，如图3所示。
2.动态稳定性分析。风电机组控制方式有恒功率因数控制和恒电压控制两种。当按恒功率控制时，即风电机组的电导和电纳随端电压变化而变化;当按恒电压控制时，风电机组的电导和电纳随功率因数的变化而变化。对于风电机组的动态仿真，需要研究风电机组的特性。例如，变速恒频风电机组通过变频器与电网相连，电力电子元件对过电流非常敏感，当电网故障时，变频器的控制器会立即发现，为了保护变频器，变速风机会与电网分裂，从而引起大范围的电压降落，甚至会影响到整个系统。为此，根据《国家电网公司风电场接入电网技术规定》，风电场低电压穿越要求为:“风电场内的风电机组具有在并网点电压跌落至20%额定电压时能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力”。为了准确描述风电机组的动态性能，文中采用BPA计算程序，给出了风电机组的动态模型，如图4所示，主要包括发电机、变频器模块，电气控制模块和涡轮机及其控制模块。
图4风电机组动态模型
四、小结
以定速异步风机和双馈感应风电机组为研究对象，针对定速异步风机和双馈感应风机自身和接入同步系统的小干扰稳定性和大干扰稳定性进行了分析，主要工作如下。
1.建立了定速异步风机和双馈感应风电机组的数学模型，并将定速异步风机和双馈感应风机分别接入无穷大系统，给出了基于定速异步风机的单机无穷大系统模型和基于双馈感应电机的单机无穷大系统模型；在稳态运行点附近将数学模型线性化，利用特征值分析方法，分别计算出FSIG-OMIB系统和DFIG-OMIB系统的特征值，并对FSIG-OMIB系统和DFIG-OMIB系统进行小干扰稳定性分析，得到了FSIG-OMIB系统和DFIG-OMIB系统的振荡模态和阻尼特性。
2.将单台定速异步风机接入无穷大系统，在机械扰动和电网侧故障情况下对风机进行稳定性分析；并在Matlab/simulink平台上对含定速异步风机的单机无穷大系统和含双馈感应风机的单机无穷大系统进行时域仿真。由时域仿真结果得出：由于双馈感应风机有控制器，所以其暂态稳定性优于定速异步风机风电机组。
3.在电力系统小干扰分析软件（PSD-SSAP）上搭建含风机和同步电机的2机无穷大系统为例，通过仿真说明：当风机接于送电侧，随着风电机组接入容量的增加，系统的阻尼比减小，不利于同步系统的小干扰稳定性；当风机接于送电侧，将2机无穷大系统中风机的装机容量逐渐减少，减少量用同容量的同步机替代，随着风机接入比例的减少，系统的阻尼比减小，说明风电场相比较同容量的同步机有利于系统的小干扰稳定性。当风电机组远离同步机组时至受电侧时，系统的阻尼比增大，有利于系统的小干扰稳定性。
4.通过含风电场和同步电机的两机无穷大系统仿真表明：当风机接入送电侧，随着风电机组接入容量的增加，同步系统在三相短路故障下的临界切除时间减小，不利于大扰动下的同步系统的暂态稳定性；当风机接于送电侧，将2机无穷大系统中风机逐渐减少，减少量用同容量的同步机替代，随着风机接入比例的减少，系统在三相短路故障下的切除时间减小，说明风电场相比较同容量的同步机有利于系统的暂态稳定性。当接入的风电机组远离同步机组至受电侧，同步机在三相短路故障下临界切除时间增加；通过对三相短路故障下的临界切除时间的比较得出含定速异步风电机组的同步系统暂态稳定性小于含双馈感应风电机组的同步系统暂态稳定性。
五、展望
风电机组接入无穷大系统为例，从小扰动稳定性和大扰动稳定性2个方面，仿真分析了风电机组的自身稳定性以及含风电机组的同步系统稳定性问题。工作还处于初步，仍然有许多方面需要进一步研究。在单机和2机无穷大系统上对含定速异步风机和双馈感应风机的风电场对电力系统的小干扰稳定性和暂态稳定性做了初步分析，在多机电力系统或实际电网中的稳定性如何，还有待进一步的分析研究。主要是对风电接入电力系统的稳定性进行研究。而目前在系统在发生故障时可能会造成风电场附近产生低电压，则要求风电场维持正常运行的风电机组低电压穿越功能，提高风电场的故障穿越能力，这对风电机组的技术研究是一个挑战，也是当前需要进行研究的一个方向，对于系统快速恢复稳态也是很有意义的。
为保证风电场及其所接入电网的稳定运行，有必要对风电场接入时的无功和电压进行详细计算分析，并同时考虑所选用机组类型的控制特性。
参考文献
[1]杨明.风力发电的发展及其市场前景.2016.
[2]马雪松.浅谈风电系统的电压稳定性分析.2017.