周宇權(quán)+張志明

（東北石油大學(xué) 大慶市 163318）

摘要：風(fēng)力發(fā)電是一種成熟的可再生能源發(fā)電方式，在國家政策以及經(jīng)濟發(fā)展需求下，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速。而不同地點、不同時刻的風(fēng)速都是不同的，這使得風(fēng)力發(fā)電間歇性明顯。所以，當(dāng)風(fēng)電接入電網(wǎng)時，要經(jīng)過嚴(yán)格的可行性評估，針對風(fēng)電場并網(wǎng)所帶來的響，采取優(yōu)化的運行措施、策略，以確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行，同時能夠最大程度地接受風(fēng)電容量。文章闡述了風(fēng)電并網(wǎng)對穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)定性以及暫態(tài)態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響，分析其不利影響，并給出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng)；系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性

前言

風(fēng)力發(fā)電機組采用的是異步發(fā)電機技術(shù)，其靜態(tài)特性和暫態(tài)特性具有自身特性。風(fēng)電場接入電網(wǎng)將會對地區(qū)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性造成不利影響，對電壓幅值最具有代表性。文章從風(fēng)電場出力、風(fēng)電場功率因數(shù)、風(fēng)電場接入位置，就風(fēng)電并網(wǎng)會對電壓造成的影響進行研

1.風(fēng)電并網(wǎng)造成的影響

1.1風(fēng)電場出力的影響

電網(wǎng)的負(fù)荷、電網(wǎng)運行方式、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及發(fā)電機組的出力每個時刻都在變化，這會導(dǎo)致功率不平衡，進而造成電壓偏離標(biāo)稱值。當(dāng)風(fēng)電場并入電網(wǎng)，風(fēng)電功率會造成電壓幅值偏移；另同時，風(fēng)電的隨機性也會導(dǎo)致風(fēng)電功率變化，電網(wǎng)電壓會產(chǎn)生波動。

1.2風(fēng)電場功率因數(shù)的影響

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在建立旋轉(zhuǎn)磁場時需要吸收大量無功功率，但無功功率和有功功率沒有解耦，功率因數(shù)會出現(xiàn)較大變化。吸收無功將導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)會降低，若不能采取無功補償?shù)拇胧瑫斐呻妷寒惓２▌印?/p>

1.3風(fēng)電場接入位置的影響

當(dāng)風(fēng)電并入電網(wǎng)后，主網(wǎng)的功率輸出會減小。但風(fēng)能具有隨機性和不可調(diào)度性，風(fēng)電的輸出隨著時間變化而變化。而風(fēng)電的隨機性會對電網(wǎng)供電可靠性以及效率造成影響。一方面，風(fēng)電接入電力系統(tǒng)能提高電網(wǎng)的電壓分布，降低電網(wǎng)損耗；另一方面，風(fēng)電可能會改變電網(wǎng)的潮流的方向，降低或者加大系統(tǒng)損耗；最大的影響是，風(fēng)電的隨機性會對主網(wǎng)的正常運行造成影響，隨著風(fēng)電容量的增加，影響會更加大。風(fēng)電場的并入位置，也對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。

2.影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的主要因素

我國風(fēng)力資源分布極不均勻，風(fēng)資源豐富的地區(qū)往往人口稀少，風(fēng)電基地大都遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分薄弱，承受沖擊的能力很差。隨著風(fēng)電裝機容量的增加，在電網(wǎng)中所占的比例增大，使得風(fēng)電并網(wǎng)運行對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來重大的影響，其中最為突出的問題就是使系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性降低，甚至導(dǎo)致電壓崩潰。

2.1風(fēng)電機組的低電壓穿越能力

風(fēng)機的低電壓穿越能力是風(fēng)機的一項重要特性，直接關(guān)系到風(fēng)電接入系統(tǒng)后的電網(wǎng)穩(wěn)定性。在風(fēng)電發(fā)展初期，由于風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例很小，一般不要求風(fēng)電場參與系統(tǒng)控制。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，由于風(fēng)電場本身的電壓穩(wěn)定性無法保證，通常都采用切除風(fēng)電機組的措施來保證風(fēng)電場及電網(wǎng)穩(wěn)定。隨著風(fēng)電穿透功率的提高，電網(wǎng)發(fā)生故障時，風(fēng)電機組電壓越限保護或轉(zhuǎn)速越限保護動作會使風(fēng)電機組脫離電網(wǎng)，這樣會加速系統(tǒng)的電壓失穩(wěn)，甚至?xí)l(fā)電壓崩潰。鑒于風(fēng)電機組脫網(wǎng)帶來的嚴(yán)重后果，歐洲國家根據(jù)各自的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和風(fēng)電場情況對風(fēng)機組的低電壓穿越能力提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。其中影響最大的是德國的E.ON 標(biāo)準(zhǔn)：故障后電壓恢復(fù)期間，必須保證風(fēng)電場能連續(xù)運行而不脫離電網(wǎng)，還要求風(fēng)電機組動態(tài)發(fā)出無功功率以支持電網(wǎng)電壓，加速系統(tǒng)電壓恢復(fù)，防止風(fēng)電機組由于電壓過低導(dǎo)致的跳閘。風(fēng)電機組這種故障期間保持不間斷并網(wǎng)運行的能力稱為低電壓穿越能力（Low Voltage Ride Through，LVRT）。

2.2短路容量

電網(wǎng)的強弱可以用風(fēng)電場與電力系統(tǒng)連接點（Point of Common Coupling，PPC）的短路容量來表示。短路容量大表明該節(jié)點與系統(tǒng)電源點的電氣距離小，聯(lián)系緊密，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強，由擾動引發(fā)的電壓變化量小，有利于擾動后的電壓恢復(fù)。國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員通常用風(fēng)電場短路容量比來衡量并網(wǎng)點接納風(fēng)電的適宜程度，它是指風(fēng)電場額定容量與該風(fēng)電場和電力系統(tǒng)連接點的短路容量之比，如式（5）所示。windsc（%） 100%K SS. . （5）式中， wind S 為風(fēng)電場額定容量； sc S 為風(fēng)電場接入點的短路容量。風(fēng)電場接入點的短路容量反映了該節(jié)點的電壓對風(fēng)電注入功率變化的敏感程度。風(fēng)電場短路容量比小，表明系統(tǒng)承受風(fēng)電擾動的能力強。通常采用風(fēng)電場短路容量比來重點考察風(fēng)電功率的注入對局部電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性的影響。對于短路容量比K 的取值，歐洲國家給出的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為4%～5%[7]。而在我國受風(fēng)力資源分布的影響，適合建風(fēng)電場的地區(qū)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱，風(fēng)電場接入點的短路容量較小，如要滿足短路容量比為4%～5%的要求，則風(fēng)電場的規(guī)模要受到很大的限制。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一定時，如果風(fēng)電接入容量增大，使得風(fēng)電場短路容量比K 增加，系統(tǒng)承受風(fēng)電擾動的能力減弱，將會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

2.3系統(tǒng)風(fēng)電穿透功率

風(fēng)電穿透功率是指風(fēng)電場裝機容量占系統(tǒng)總負(fù)荷的比例。由于風(fēng)的隨機性，所以風(fēng)電場對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響大多是負(fù)面的。當(dāng)系統(tǒng)中風(fēng)電穿透功率較小時，系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)作用可以減小這些負(fù)面影響；當(dāng)系統(tǒng)中風(fēng)電穿透功率增大時，并入電網(wǎng)的風(fēng)電容量隨之增大，同時意味著常規(guī)發(fā)電機組的容量減少，而帶普通感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電機組對電壓沒有控制能力，這樣系統(tǒng)對電壓的控制作用就會降低，進而會消弱系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。因此，若能計算出電網(wǎng)中風(fēng)電功率穿透極限，則會對風(fēng)電的規(guī)劃起到重要的指導(dǎo)意義。

2.4無功補償裝置

異步發(fā)電機組在向電網(wǎng)輸出有功功率的同時，還需要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，并隨著發(fā)電機輸出有功功率的變化而變化。因此每臺風(fēng)力發(fā)電機組機端都配有補償電容器。在通常情況下，風(fēng)電機組出于自身保護的需要，在遭受大擾動后風(fēng)電場將與系統(tǒng)解列，大型風(fēng)電場退出運行會導(dǎo)致系統(tǒng)更大的功率缺額，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在系統(tǒng)故障期間，更需要吸收大量的無功功率以完成電壓的恢復(fù)。目前常用的無功補償裝置仍屬于離散控制，調(diào)節(jié)速度緩慢，在補償量的各個階段中有功功率的變化引起的無功需要仍然需要由電網(wǎng)提供，而且電容器組發(fā)出的無功功率與機端電壓的平方成正比，當(dāng)電網(wǎng)水平降低時，無功補償容量迅速下降，導(dǎo)致風(fēng)電場對電網(wǎng)的無功需求上升，進一步惡化電壓水平，易造成電壓崩潰。

3.結(jié)束語

綜上所述，可以總結(jié)其措施主要包括以下幾點。第一，進行全網(wǎng)含風(fēng)電場的無功補償或無功優(yōu)化，降低網(wǎng)損；第二，提高風(fēng)電場的運行功率因數(shù)；第三，在風(fēng)電并網(wǎng)點適當(dāng)采用電抗器補償；第四，增強網(wǎng)架降低風(fēng)電場的影響；第五，使用動態(tài)無功補償設(shè)備。通過以上幾點方式，可以使得風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響最小。

參考文獻：

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