申秘蔓

桂林信息科技学院，广西 桂林 541004

0 引言

随着社会的发展，能源与环境问题日益严峻。积极开发利用可再生能源，调整能源结构，意义重大。我国风能资源丰富，且清洁、无污染，加之我国风能开发技术较为成熟，因此，大规模发展风力发电具有现实意义。然而，由于风力发电具有较强的随机性和波动性，当其大规模接入电网时，会对电压稳定性产生明显的影响，因此，相关单位及人员需采取有效的改善措施，保证风电合理并网，促进风电场的平稳运行。

1 电压稳定性概述

电压稳定性是指母线电压在各种情况下能够承受的稳定值能力。在科技不断进步的当下，输入电压不断提高，暂态电压稳定性问题逐渐暴露出来。而当电网储备能量不足、风电场规模较大时，则会出现比较显著的电压不稳定状况。其直接后果是电网发生故障，出现电压失稳状况，严重时会导致电压崩溃等状况，致使大面积停电。为保证电网的正常运行，目前主要是采用低电压穿透能力较强的无功补偿设备解决电压失稳问题。

2 风电场接入对电力电网的影响

2.1 对电网频率的影响

风电场接入电网对电力电网频率会产生较大的影响，这是因为相比于常规电源，风电场的输出功率存在一定的间歇性，大型风电场在接入电力系统时，经常处于重新分配的过程，对电力系统以及电压的频率会造成很大干扰。比如，在一个地区内的电力系统中，当风电场的发电容量超过总体装机容量的相应比例时，则会因电网频率不稳而出现电压失稳问题，不利于电网的整体运行，很容易出现各种故障，降低供电质量。同时，也会对风电场的发电计划、调度等造成负面影响，实际上风电接入的本质是一种电源，如对其缺少可靠性的保护措施，在运行过程中则难以实现调整，导致系统动态响应能力无法跟踪风电功率的波动和频度。在很大程度上会降低电网系统的电能质量[1]。

2.2 对低电压穿越能力的影响

当含风电场的电力系统运行中发生故障，会大幅降低电压，影响电网运行的总体稳定性。所以系统运行稳定受风电场切除影响，就会形成低电压穿越能力。这种风电机组的低电压穿越能力，可以使风电机组在电网系统发生故障时仍然能够持续运行。同时，如果电网中风电占有比例相对较小，在电网发生故障时，风电机组则会自动开启自我保护功能，尽可能降低故障损害程度。而当电网中的风电占有较大比例的情况下，受故障发生影响，风机往往处于比较被动的保护，难以恢复整个系统，如果处理不当，则会严重威胁电网电压稳定性，甚至可能出现大面积停电等问题。

2.3 对稳态电压分布的影响

从总体层面上来说，风电场发电接入电网时，会对整个系统的稳态电压分布状态起到良好的改善作用。但因为风电场内的发电机类型具有差异性，而且接入电网的位置有所不同。加之，风电场容量存在区别，对系统稳态电压的改善作用也具有较大的差别，一旦出现违反使用规定，则会出现电网电压失稳的情况。通常情况下，随着风电场的有功功率增加，会加大负荷特性极限功率，促使静态电压稳定性得到增强[2-3]。只有当系统具有足够的无功功率时，风电场并网才能有效提升系统静态电压稳定性，否则同样会发生电网电压失稳的情况。

3 风电场接入电力系统的潮流计算方法

风力发电的过程中，通过叶轮将风能转化为机械能，在主轴传动作用下，需经过齿轮箱促使异步发电机转子达到适当转速，以此实现发电，再经过励磁变流器将定子电能注入电网。因此，为有效保障风电场接入电力系统的稳定性，应当合理分析风电场的潮流问题。科学应用潮流计算方法，有助于确定风机并网的潮流计算模型，进而分析其对电力系统的影响。对双馈风机进行潮流建模，有效处理双馈风电机组的风电场作为恒定功率因素的P、Q节点，功率因数值设为0。双馈异步风机恒功率因数控制时的系统潮流计算方法：

先设定风速v的初始值，查风机风速功率曲线，得到每台风机的有功功率Pei。再由转子转速控制规律（转子转速ω与机械功率PM的关系，如下式），可求得转子转速ω。

若同步转速为ω1，则转差率s=(ω1－ω)/ω1。由转子转速ω求得每台风机的转差率si。

风机的无功功率Qe可近似等于定子绕组的无功功率Qs，由公式可求得每台风机的无功功率Qei。

设定风机共n台，机端电压Us等于母线电压Uf，从而求得风机的总有功功率Pf、总无功功率Qf：

再设定风电场的节点电压Uf的初始值；将风电场看作PQ节点，由节点电压Uf的幅值初始值和相角初始值，求得修正方程的常数项，并求得雅可比矩阵元素[4]；然后对修正方程进行求解，求得节点电压Uf的幅值修正量及相角修正量，再对节点电压Uf进行修正。

最后对系统潮流是否收敛进行校验。通过计算分析不同等值模型对系统潮流的影响，能够提出异步风机的简化处理模型和流程，进而为风电场接入电网电压稳定性提供有效的处理措施。

4 保证风电场接入电网电压稳定性的措施

4.1 计算配置无功补偿容量

针对风电并网所出现的电压失稳问题，应当采取有效的改善措施，进一步提高系统电压稳定性、风电消纳能力等。因此，相关管理单位应当在风电场的规划统筹阶段合理安排电网建设，保证其与风电规划具有良好的协调性。同时，相关人员应当在风电场并网之前进行专题研究，准确计算无功补偿容量，并实现优化配置。比如，在并网建设中，为改善电力系统性能，可采用静止无功补偿器。将无功补偿装置设置在风电场并网点的主变低压侧处，再经过并网点的变电站母线，采取全补偿或者半补偿等措施。静止无功补偿器具有在风电系统出现较大扰动的情况下仍能够输出感性无功功率的特点，进而能使风电机组在发生故障后，能迅速重新建立稳定的机端电压。此外，在对风电场接入电网的无功补偿容量计算配置时，还可利用超导储能装置对风力发电的电压和频率实施同步控制。该装置能够比较灵活的调整有功功率、无功功率。

4.2 提高风电场电压穿越能力

在风电场接入电网时，如果电网系统受到外部扰动而发生故障，则会直接导致系统出现电压下降和功率缺额的情况。此时如果风电场未设置相应的有效控制装置，将会促使风电场处于暂态稳定控制状态，造成比较严重的损失。该情况会使风电场在暂态状态下受到新的电网冲击，出现电压失稳的现象。因此，尽可能提高风电场电压穿越能力，才能保证风电场并网运行时能持续稳定向电网注入足够的无功功率，补充系统的功率缺额，使电网电压保持平稳[4]。

4.3 强化电网二级电压控制

大规模风电接入地区电网时，风电机组的功率出力变化相应较大，电网电压也会随之实时发生较大的变化而出现不稳定，系统的无功功率缺额会进一步增大且分布不合理。因此需要注重强化电网二级电压控制，即是在风电接入地区电网时，设置专门的二级电压控制设备，保证该地区电网的无功功率可得到合理有效的分配和补充，达到使电网在风电机组功率出力变化时仍能保持电压稳定状态的目的[5]。同时结合利用风电场自身具备的无功电压调节能力这一优势，在对地区电网二级电压控制过程中，完善电网无功电压分层控制协调机制，以确保不断提高电网系统的电压稳定性。

5 结束语

综上所述，在新时代能源政策背景下，我国风力发电产业繁荣发展，风力发电技术也得到较大的发展。在风电场大规模并网后，会对电力系统会产生相应的影响，其中对电网电压稳定的影响尤为明显。综合考虑风力发电所具有的随机性和间歇性，在实现并网建设时，应当采取有效措施，降低对电压平稳的不利干扰，即通过潮流计算以及合理配置无功补偿容量、提高风电场电压穿越能力、强化电网二级电压控制等。