風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響分析

哈圖

摘 要：風力發(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，風力發(fā)電發(fā)展迅速。而不同地點、不同時刻的風速都是不同的，這使得風力發(fā)電間歇性明顯。所以，當風電接入電網(wǎng)時，要經(jīng)過嚴格的可行性評估，針對風電場并網(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電容量。文章闡述了風電并網(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：風電；電力系統(tǒng)；靜態(tài)電壓穩(wěn)定；靜態(tài)安全分析

1 概述

風力發(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。文章從風電場出力、風電場功率因數(shù)、風電場接入位置，就風電并網(wǎng)會對電壓造成的影響進行研究。

2 風電并網(wǎng)造成的影響

2.1 風電場出力的影響

電網(wǎng)的負荷、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稱值。當風電場并入電網(wǎng)，風電功率會造成電壓幅值偏移；另同時，風電的隨機性也會導(dǎo)致風電功率變化，電網(wǎng)電壓會產(chǎn)生波動。

2.2 風電場功率因數(shù)的影響

傳統(tǒng)風力發(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?，會造成電壓異常波動?/p>

2.3 風電場接入位置的影響

當風電并入電網(wǎng)后，主網(wǎng)的功率輸出會減小。但風能具有隨機性和不可調(diào)度性，風電的輸出隨著時間變化而變化。而風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，風電的隨機性會對主網(wǎng)的正常運行造成影響，隨著風電容量的增加，影響會更加大。風電場的并入位置，也對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。

3 實例仿真研究

3.1 某電網(wǎng)概況與運行現(xiàn)狀

設(shè)電網(wǎng)有500kV變電站1座，220kV變電站10座，通過8條聯(lián)絡(luò)線與系統(tǒng)相連，擁有電廠2座以及風電場1座。該市電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，具有發(fā)電不確定供電的風電廠，具有較高的電網(wǎng)運行風險。

3.2 風電場出力的影響

風電場額定功率為49.5MW，以0.95的恒功率因數(shù)運行。當風電場有功出力從從零發(fā)逐漸增加到滿發(fā)時，節(jié)點電壓增量的幅度也在增加，反之，節(jié)點電壓增量會降低。而當風電場出力較大時，無功功率損耗增加會導(dǎo)致電壓下降。在仿真中繼續(xù)加大出力，電壓增量如圖1所示。

由圖1中可以看出，當風電場出力的不斷增加時，系統(tǒng)節(jié)點電壓幅值增量也在增加；若繼續(xù)加大風電場的出力，系統(tǒng)節(jié)點電壓反而開始減少。由上可見，在風電場出力初始能夠?qū)崿F(xiàn)有功和無功的解耦，無需從吸收無功功率。但當風電場出力超過一定值之后，線路的無功損耗增加，造成電壓降落。

3.3 風電場功率因數(shù)的影響

改變風電場的功率因數(shù)，觀察并網(wǎng)點電壓的變化。仿真得到在不同的功率因數(shù)下，風電廠的電壓增量如圖2所示。

由圖2可知：第一，若風電場以滯后功率因數(shù)運行時，電壓幅值與風電場有功出力成正比；當風電場以超前功率因數(shù)運行時，電壓幅值與風電場有功出力成反比。第二，功率因數(shù)的絕對值與電壓增量成反比。為降低風電廠對電網(wǎng)電壓影響，應(yīng)提高風電場功率因數(shù)。第三，當電網(wǎng)電壓偏低時，可以適當提高風電場功率因數(shù)；而當電網(wǎng)電壓偏高時，則風電場最好以超前功率因數(shù)運行。

3.4 風電場接入位置的影響

風電場接入位置會對電網(wǎng)的電壓造成影響，接入點的毗鄰區(qū)域所形成的影響最大?？赏ㄟ^提高風電場的功率因數(shù)用于降低電壓，也可在風電場配備并聯(lián)電抗器用于吸收電網(wǎng)剩余無功功率，降低電壓。

4 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)含風電場的無功補償或無功優(yōu)化，降低網(wǎng)損；第二，提高風電場的運行功率因數(shù)；第三，在風電并網(wǎng)點適當采用電抗器補償；第四，增強網(wǎng)架降低風電場的影響；第五，使用動態(tài)無功補償設(shè)備。通過以上幾點方式，可以使得風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響最小。

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