周宇权+张志明

（东北石油大学 大庆市 163318）

摘要：风力发电是一种成熟的可再生能源发电方式，在国家政策以及经济发展需求下，风力发电发展迅速。而不同地点、不同时刻的风速都是不同的，这使得风力发电间歇性明显。所以，当风电接入电网时，要经过严格的可行性评估，针对风电场并网所带来的响，采取优化的运行措施、策略，以确保电网安全、经济运行，同时能够最大程度地接受风电容量。文章阐述了风电并网对稳态电压稳定性以及暂态态电压稳定性的影响，分析其不利影响，并给出了相应的优化措施。

关键词：风电并网；系统电压稳定性

前言

风力发电机组采用的是异步发电机技术，其静态特性和暂态特性具有自身特性。风电场接入电网将会对地区电网的电压稳定性造成不利影响，对电压幅值最具有代表性。文章从风电场出力、风电场功率因数、风电场接入位置，就风电并网会对电压造成的影响进行研

1.风电并网造成的影响

1.1风电场出力的影响

电网的负荷、电网运行方式、电网的结构以及发电机组的出力每个时刻都在变化，这会导致功率不平衡，进而造成电压偏离标称值。当风电场并入电网，风电功率会造成电压幅值偏移；另同时，风电的随机性也会导致风电功率变化，电网电压会产生波动。

1.2风电场功率因数的影响

传统风力发电系统在建立旋转磁场时需要吸收大量无功功率，但无功功率和有功功率没有解耦，功率因数会出现较大变化。吸收无功将导致电网的功率因数会降低，若不能采取无功补偿的措施，会造成电压异常波动。

1.3风电场接入位置的影响

当风电并入电网后，主网的功率输出会减小。但风能具有随机性和不可调度性，风电的输出随着时间变化而变化。而风电的随机性会对电网供电可靠性以及效率造成影响。一方面，风电接入电力系统能提高电网的电压分布，降低电网损耗；另一方面，风电可能会改变电网的潮流的方向，降低或者加大系统损耗；最大的影响是，风电的随机性会对主网的正常运行造成影响，随着风电容量的增加，影响会更加大。风电场的并入位置，也对静态电压稳定性产生重大影响。

2.影响系统电压稳定的主要因素

我国风力资源分布极不均匀，风资源丰富的地区往往人口稀少，风电基地大都远离负荷中心，处于供电网络的末端，电网结构十分薄弱，承受冲击的能力很差。随着风电装机容量的增加，在电网中所占的比例增大，使得风电并网运行对电网的安全稳定运行带来重大的影响，其中最为突出的问题就是使系统的电压稳定性降低，甚至导致电压崩溃。

2.1风电机组的低电压穿越能力

风机的低电压穿越能力是风机的一项重要特性，直接关系到风电接入系统后的电网稳定性。在风电发展初期，由于风电在电网中所占的比例很小，一般不要求风电场参与系统控制。当电网发生故障时，由于风电场本身的电压稳定性无法保证，通常都采用切除风电机组的措施来保证风电场及电网稳定。随着风电穿透功率的提高，电网发生故障时，风电机组电压越限保护或转速越限保护动作会使风电机组脱离电网，这样会加速系统的电压失稳，甚至会引发电压崩溃。鉴于风电机组脱网带来的严重后果，欧洲国家根据各自的网络构架和风电场情况对风机组的低电压穿越能力提出了相应的标准。其中影响最大的是德国的E.ON 标准：故障后电压恢复期间，必须保证风电场能连续运行而不脱离电网，还要求风电机组动态发出无功功率以支持电网电压，加速系统电压恢复，防止风电机组由于电压过低导致的跳闸。风电机组这种故障期间保持不间断并网运行的能力称为低电压穿越能力（Low Voltage Ride Through，LVRT）。

2.2短路容量

电网的强弱可以用风电场与电力系统连接点（Point of Common Coupling，PPC）的短路容量来表示。短路容量大表明该节点与系统电源点的电气距离小，联系紧密，网络结构强，由扰动引发的电压变化量小，有利于扰动后的电压恢复。国内外学者和工程技术人员通常用风电场短路容量比来衡量并网点接纳风电的适宜程度，它是指风电场额定容量与该风电场和电力系统连接点的短路容量之比，如式（5）所示。windsc（%） 100%K SS. . （5）式中， wind S 为风电场额定容量； sc S 为风电场接入点的短路容量。风电场接入点的短路容量反映了该节点的电压对风电注入功率变化的敏感程度。风电场短路容量比小，表明系统承受风电扰动的能力强。通常采用风电场短路容量比来重点考察风电功率的注入对局部电网的电压质量和电压稳定性的影响。对于短路容量比K 的取值，欧洲国家给出的经验数据为4%～5%[7]。而在我国受风力资源分布的影响，适合建风电场的地区，电网结构比较薄弱，风电場接入点的短路容量较小，如要满足短路容量比为4%～5%的要求，则风电场的规模要受到很大的限制。在网络结构一定时，如果风电接入容量增大，使得风电场短路容量比K 增加，系统承受风电扰动的能力减弱，将会严重影响系统的电压稳定性。

2.3系统风电穿透功率

风电穿透功率是指风电场装机容量占系统总负荷的比例。由于风的随机性，所以风电场对系统产生的影响大多是负面的。当系统中风电穿透功率较小时，系统本身的调节作用可以减小这些负面影响；当系统中风电穿透功率增大时，并入电网的风电容量随之增大，同时意味着常规发电机组的容量减少，而带普通感应电机的风力发电机组对电压没有控制能力，这样系统对电压的控制作用就会降低，进而会消弱系统的电压稳定性。因此，若能计算出电网中风电功率穿透极限，则会对风电的规划起到重要的指导意义。

2.4无功补偿装置

异步发电机组在向电网输出有功功率的同时，还需要从电网吸收滞后的无功功率，并随着发电机输出有功功率的变化而变化。因此每台风力发电机组机端都配有补偿电容器。在通常情况下，风电机组出于自身保护的需要，在遭受大扰动后风电场将与系统解列，大型风电场退出运行会导致系统更大的功率缺额，将严重影响系统的稳定性。因此，在系统故障期间，更需要吸收大量的无功功率以完成电压的恢复。目前常用的无功补偿装置仍属于离散控制，调节速度缓慢，在补偿量的各个阶段中有功功率的变化引起的无功需要仍然需要由电网提供，而且电容器组发出的无功功率与机端电压的平方成正比，当电网水平降低时，无功补偿容量迅速下降，导致风电场对电网的无功需求上升，进一步恶化电压水平，易造成电压崩溃。

3.结束语

综上所述，可以总结其措施主要包括以下几点。第一，进行全网含风电场的无功补偿或无功优化，降低网损；第二，提高风电场的运行功率因数；第三，在风电并网点适当采用电抗器补偿；第四，增强网架降低风电场的影响；第五，使用动态无功补偿设备。通过以上几点方式，可以使得风电并网对电力系统电压稳定性影响最小。

参考文献：

[1]迟永宁，王伟胜，戴惠珠.改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究[J].中国电机工程学报，2007，27（25）：25-31.

[2]吴俊玲，周双喜，孙建锋，等.并网风力发电的最大注入功率分析[J].电网技术，2004，28（20）：28-32.

[3]申洪， 梁军， 戴慧珠.基于电力系统暂态稳定分析的风电场穿透功率极限计算[J].电网技术，2002，26（8）： 8-11.

[4]任普春，石文辉，许晓艳，等.应用SVC 提高风电场接入电网的电压稳定性[J].中国电力，2007，40（11）：97-101.

[5]周双喜.电力系统电压稳定性及其控制[M].北京：中国电力出版社，2003.endprint