風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響及其策略

李夢云

（武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，湖北 武漢 430070）

0 前言

隨著日益增長的電力負荷、能源的短缺、環(huán)境惡化的愈發(fā)嚴(yán)重，以及用戶要求電能質(zhì)量的提高，大家越來越關(guān)注DG（分布式發(fā)電）。研究表明，分布式發(fā)電的發(fā)展可以反映能源的綜合運用、電力行業(yè)的服務(wù)程度和環(huán)境保護的提升。尤其是其中的風(fēng)力資源，因為其是可再生能源、開發(fā)潛力大、環(huán)境和經(jīng)濟效益好，因此得到了廣泛的應(yīng)用，使風(fēng)力發(fā)電成為分布式發(fā)電中重要的發(fā)展方向，同時也使其成為一種當(dāng)今新型能源中發(fā)展迅速的發(fā)電方式。

1 風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

風(fēng)電場并入配電網(wǎng)，使輸電網(wǎng)對部分地區(qū)的電力輸送壓力得到緩解和電力系統(tǒng)的網(wǎng)損得到改善的同時，也對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了許多不好的影響如電壓波動、閃變等。

同時由于風(fēng)具有隨機性，其輸入電網(wǎng)的有功和無功有很大的波動性。風(fēng)速的不可預(yù)測這一特性，使我們不能對風(fēng)電進行準(zhǔn)確而又可靠地出力預(yù)測，我們需要更加注重負荷跟蹤、備用容量等，提高了風(fēng)電場的運行成本。

風(fēng)電并網(wǎng)增加電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的難度，不僅需要風(fēng)電場容量，而且需要風(fēng)電場快速響應(yīng)負荷變化；風(fēng)電機組并網(wǎng)時，會不可避免的對電網(wǎng)有沖擊電流。風(fēng)電場與電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線的潮流的雙向性，使并網(wǎng)后的電網(wǎng)的繼電保護的保護配置提高了要求。

2 風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓的影響

配電網(wǎng)的電壓分布情況由電力系統(tǒng)的潮流所決定，當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)中電源功率和負荷發(fā)生變化時，將會引發(fā)電力網(wǎng)絡(luò)各個母線的節(jié)點產(chǎn)生變化。對風(fēng)電并網(wǎng)的配電網(wǎng)來說，風(fēng)電場的功率的波動會影響電網(wǎng)電壓出現(xiàn)偏移。由于風(fēng)電場接入配電網(wǎng)后，風(fēng)電場的接入點的變化、有功功率和無功功率的不平衡等，會導(dǎo)致無功功率從無功源流向負荷。風(fēng)電場的電壓偏移會影響風(fēng)電場的接入容量和風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的安全運行。

2.1 風(fēng)速變化對配電網(wǎng)電壓的影響

將接入風(fēng)電場的配電網(wǎng)系統(tǒng)的供電線路作等值電路，則風(fēng)電場并網(wǎng)點至無限大系統(tǒng)兩端的電壓降落為：

上式中，U1為風(fēng)電場的輸出電壓，U2為電網(wǎng)電壓，R1、X1表示風(fēng)電場的電阻和電抗，R2、X2表示電網(wǎng)的電阻和電抗。取流入風(fēng)電場的功率方向為正。

由于風(fēng)電場的視在功率S=P+jQ=U1I 可以求得電流I。并進一步得到

上式中等號后的前一部分為電壓降落的橫向量，意義為電壓幅值的大??；后一部分為縱向量，意義為電壓相角的大小。

近似計算的時候，可以忽略電壓降落的橫分量?？傻茫?/p>

由于線路上流經(jīng)的無功功率對電壓的偏差產(chǎn)生影響。在配網(wǎng)中的線路的分布電容較小的情況下，若風(fēng)電機組為恒速風(fēng)電機組，風(fēng)電機組的有功功率增大時，其吸收的無功功率也會隨著增長。此時，線路電抗的無功功率會隨著線路流經(jīng)的有功功率的增加而增長，如果PR+QX>0，電網(wǎng)側(cè)電壓高于風(fēng)電場的電壓。若風(fēng)電機組為恒功率變速風(fēng)電機組，可以通過解耦控制有功功率和無功功率，使風(fēng)電場和電網(wǎng)實現(xiàn)有功功率的交換。不過電壓也可以能在風(fēng)電機組輸出的有功功率大的時候降低，因為其有功功率經(jīng)過線路時消耗了無功功率。在配網(wǎng)中的線路的分布電容較大的情況下，不管是基于恒速風(fēng)電機組的風(fēng)電場還是基于恒功率變速風(fēng)電機組的風(fēng)電場，若其風(fēng)電機組發(fā)出的有功功率較小甚至停發(fā)，電網(wǎng)側(cè)電壓會在線路容性充電功率的影響下稍微低于風(fēng)電場的電壓。

由上述可知，當(dāng)風(fēng)電場的有功功率和無功功率變化時，會導(dǎo)致風(fēng)電場側(cè)的電壓隨之改變。而風(fēng)電場側(cè)也會進一步影響到全電力網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。

2.2 不同功率因數(shù)對配電網(wǎng)電壓的影響

目前國內(nèi)主流風(fēng)電機組為雙饋式風(fēng)電機組，由于其可以通過對變流器的控制源的觸發(fā)角的改變來調(diào)節(jié)其在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)的逆變器的功率角，進而達到控制其無功的目的。

因為風(fēng)電機組的有功功率P 跟功率因數(shù)有關(guān),P 可以用電壓U、電流I 和功率因數(shù)的乘積表示。假設(shè)P 不變，在功率因數(shù)增大的情況下，若I 增大，因為UI 減小，則U 減小。若I 減小，因為電阻和電抗不變，功率因數(shù)角減小，則U 減小。所以若風(fēng)電場中的風(fēng)電機組輸出的有功功率不變，增大功率因數(shù)會引起風(fēng)電場出口的電壓的減小，從而影響電網(wǎng)中的潮流分布，改變電網(wǎng)中的其他節(jié)點的電壓，反之亦然。

3 應(yīng)對策略

由上述分析可知，風(fēng)電場接入配電網(wǎng)時，造成配電網(wǎng)中有功功率和無功功率的不平衡是配電網(wǎng)中影響穩(wěn)態(tài)電壓的穩(wěn)定性的主要原因?；诖?，本章對于提出幾點初步的應(yīng)對策略。

（1）在建造風(fēng)電場前，根據(jù)該地區(qū)的實際情況，如自然資源、電網(wǎng)的設(shè)備、用戶負荷等方面，對風(fēng)電機組做出合理的選擇。不同類型的風(fēng)電機組有不同的特點，接入配電網(wǎng)后也會對配電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生的影響也有區(qū)別。同時風(fēng)電場內(nèi)也可以通過一些無功補償裝置來使并網(wǎng)點的電壓得到提高。

（2）考慮到風(fēng)電機組的有功功率對配電網(wǎng)的電壓的影響，通過對風(fēng)電場的風(fēng)速的預(yù)測、以及對其有功功率的控制與分配等，從而提高其電壓質(zhì)量，改善其對電壓的影響。

（3）除了從風(fēng)電場方面進行考慮外，對電力系統(tǒng)來說，在無功充足的情況下，應(yīng)該通過一定的方式，主動對系統(tǒng)中的電壓進行調(diào)節(jié)，比如增加一定的備用容量、改變有載變壓器的變比的方式。

4 總結(jié)

風(fēng)電場并入電網(wǎng)后對該電網(wǎng)內(nèi)的各個節(jié)點的電壓的作用影響著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的正常穩(wěn)定運行和良好的電能質(zhì)量。因此，研究風(fēng)電場并網(wǎng)后對配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓的穩(wěn)定性影響具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文簡略介紹了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r，以及風(fēng)電接入電網(wǎng)后對電力系統(tǒng)帶來的影響。并且從風(fēng)速和風(fēng)電機組的功率因數(shù)兩方面，重點分析了風(fēng)電場并網(wǎng)后對電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓的穩(wěn)定性的影響。最后針對其影響原理，提出初步的應(yīng)對策略。

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