杨奎、何延福、王东
华能酒泉风电有限责任公司，甘肃兰州，730070
摘要：面对化石能源枯竭、环境污染和气候变暖问题，大规模开发利用风电、光伏等可再生能源，实施“两个替代”，实现全球能源变革转型，是应对当前能源问题的必由之路。随着“两个替代”的推进，源侧的大规模可再生能源通过电力电子变流器并网；网侧的柔性直流输电（VSC-HVDC）得到广泛应用，呈现交直流混联的网络模式；负荷侧的多样化电力电子装置接入系统，使电力电子变流器在电力系统中的渗透率越来越高。电力系统正向高比例新能源发电和高比例电力电子设备的“双高”系统方向发展。
关键词：风电；电力系统；次同步振荡
引言
自21世纪以来，为了更好应对气候变化，缓解我国所面临的能源紧缺形势，我国积极调整国家能源战略，并明确了可再生能源发展目标。风力发电不仅不会产生污染，而且风能是源源不断的，这也使我国逐渐重视风力发电产业的发展，并大力开展风力发电基础设施建设，深入研究风力发电相关技术。对于风力发电来说，其具有较强的波动性和间歇性特点，这也导致大规模风电并网过程中极易影响到电力系统安全，并且还会产生调频、调峰等各种技术难题。为了解决消除风力发电所带来的不利影响，就需要对风电并网性能及风电消纳技术进行深入的研究。为此，以下便深入探究我国的风电发展及其并网技术，以期能够促进我国在能源战略上的快速调整，实现对电力发展方式的转变。
1风电工程概述
我国大力开发研究风电技术，并高度关注整个项目的建设管理工作，但是在当前的风电工程施工以及管理中，依然存在一些弊端，可能会对项目建设质量造成不良影响，如施工技术水平有待提升、施工人员综合素质参差不齐、工程项目管理不当等。为了充分发挥风电工程项目建设效益，必须对具体的施工工艺以及管理要点进行深入研究。风能为天然可再生能源，不会对生态环境造成不良影响，同时减少对不可再生能源的利用量。如今，我国风电工程项目建设数量和规模均不断增加，与此同时，部分燃煤电厂也逐渐被淘汰。现阶段，全国各地风电项目越来越多，我国整体能源结构单一的局面也正逐渐发生变化，在能源市场中，风电工程的应用前景广阔。
2次同步振荡中的复杂现象
以新疆的次同步振荡事件为例，新疆哈密地区含有多座大型直驱风电场，经多条线路汇集后经哈密变电站输送至主网。2015年7月1日，北部的直驱风电场出现了持续的功率振荡，图1给出了事故中有功功率的振荡频率变化曲线以及相应频率范围内的火电机组扭振频率。
.png)
图1所示数据表明，系统的次同步振荡频率在27~33Hz范围内随时间变化，具有明显的时变特征。振荡分量随后在多级网络中传播。当系统振荡频率在11:52—11:55时段穿越花园站的火电机组扭振模式时，激起了相应火电机组剧烈的轴系扭振。结合其他典型的次同步振荡事件，分析结果表明风电参与的新型次同步振荡事件的复杂性体现为：①次同步振荡事故中的频率时变现象，主要表现为同一风电场各次不同频率的振荡事故和单次事故中振荡频率随时间的演化；②振荡不再是局部而是全局的振荡问题，且由于含电力电子设备的系统的强非线性及时变特性，使振荡分量的传播路径错综复杂，振荡源难以识别。现有的阻抗法和特征值法在分析次同步振荡问题时，往往认为系统在某次／超同步频率下存在单一的振荡模式，当系统或控制参数变化时会导致该振荡模式阻尼变负，引起单一频率的发散的局部振荡。然而可能存在系统先出现负阻尼振荡，然后各类特殊非线性环节作用参与振荡，从而产生新的振荡模式的情况，从而使得振荡呈现时变或多模态混叠的特征。值得注意的是，目前风电参与的次同步振荡研究大部分关注小干扰下的负阻尼振荡，对特殊非线性环节参与振荡的机理研究相对较少。考虑到目前风电参与的次同步振荡机理还未完全明确，本文分析并展望了风电参与的次同步振荡机理研究。
3风力发电原理及组成
风力发电的原理就是通过风带动内部发电机转动，将风能转变为电力。发电装置主要依靠发电机、风轮和塔筒三部分。风轮由三只叶片(也有其他数量叶片的风轮)组成，是把风的动能转换成机械能的重要部件。风轮的叶片一般用复合材料制造，重量轻，强度高，不易断裂。再通过与其相对应的电网部分，将产生的电能，存储、输送，产生经济效益。风力发电中还有限速安全机构、尾翼、蓄电池等结构，共同发挥作用，将自然界的风能转换为可利用的电能。
4风电功率预测
在风电并网中，往往还需要对某段时期的风电功率进行预测，而功率预测则需建立相应的数学模型，通过功率预测能够掌握风电的波动规律，进而避免风电不确定性给发电造成的不利影响，可以说，风电功率预测是确保风电消纳的前提。按照功率预测时间的长短，可将其划分成超短期功率预测、短期功率预测以及中长期功率预测。其中，对于超短期的功率预测，其预测尺度往往在4h以内，而短期的功率预测则是未来三天内。功率预测能够保证功率平衡，实现合理的经济调度。现阶段，我国已广泛采用短期功率预测技术，该技术涉及到统计方法、物理统计方法以及物理方法。通过多年的实践，我国已开发出风电功率预测算法，并针对算法制定出了一系列的调试、系统开发以及现场安装等方法，此外，我国还应用支持向量机、人工神经网络等技术来对风电功率预测模型进行了构建，同时建立了流体力学计算模型、线性化物理模型等，此外还联合采用了多种预测方法来对混合式的风电功率预测模型进行了建立，进而使功率预测过程中存在的历史数据缺失、风电场复杂等技术难题得到了有效解决，使功率预测具备了更强普适性的同时，进一步提高了功率预测结果的准确性。
5切换型次同步振荡分析的研究展望
结合上述分析可知，对于电力电子化电力系统的负阻尼型和强迫型次同步振荡，已有诸多研究，但对于切换型次同步振荡，对应着复杂切换系统的非光滑极限环，研究较少。对于切换型次同步振荡，存在如下问题有待解决：首先，分析对象上，需要包含多样化电力电子设备的不同切换行为；其次，原理上，相关切换型振荡缺乏严格的数学证明；再次，研究方法上，现有的基于系统线性化模型的小干扰分析法无法分析大范围动力学的极限环；进一步地，在机理上，切换型次同步振荡涉及复杂参数作用下的非线性分岔行为和系统轨线与多切换面的互作用，其物理过程解释还不够清晰；最后，相关详细研究还需实际数据的支撑。
结束语
风电参与的新型次同步振荡问题的机理、形态和影响因素复杂，还需进一步研究。本文结合风电参与的次同步振荡背后的数学系统的动力学模型、轨线特征以及分岔类型，归纳出一种负阻尼型、强迫振荡型、切换型次同步振荡和其他复杂振荡的分类。针对风电项目建设的战线长、施工周期短、实施环境恶劣、协调难度大等特点，为了确保风电项目建设的顺利开展和实施，施工现场安全管理是重要的保障手段和基础条件。因此需要对安全管理模式的建立加强重视，采用科学的管理手段和管理理念，对各级单位及全体人员的安全管理意识予以提升，调动其积极性，采取针对性的安全管理措施，使项目建设的安全性得以有效保障。
参考文献
[1]陈晨.并网DFIG风电场引发电力系统次同步振荡开环模式谐振机理[D].华北电力大学(北京),2019.
[2]李忍.风光火多源并网系统次同步振荡分析与抑制研究[D].华北电力大学(北京),2019.
[3]苏田宇.含并网风电场电力系统次同步振荡阻尼控制研究[D].华北电力大学(北京),2019.
[4]鲁国飞.大规模光伏串补系统次同步振荡机理及其抑制措施研究[D].江苏大学,2019.
[5]杨湘.含双馈风电场的电力系统次同步振荡研究[D].东南大学,2016.