风电并网后的电网稳定性影响因素分析及其有效处理

张明

摘 要：能源的不断消耗、环境的不断恶化，则寻找新能源刻不容缓。人们现在广泛关注的能源有太阳能、地热能和风能。风能分布广阔，能源丰富，不会排放污染气体，成为新能源发电中最具有潜力的发电形式之一。风能由于自身特性，在在并入电网后会给系统的稳定性带来一定的影响，本文重点就风能在并入电网后对电网稳定性带来的影响进行分析，并提出相应的改善措施。

关键词：风电并网 稳定性 影响因素 分析 处理

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（c）-00-02

我国总的风电装机容量占比最多，新增装机容量也占比最高，占据了电力发电的半壁江山。其他国家的风电装机总量也在不断上升，说明风电在世界的发展不容小觑。

1 风电并网对电网稳定性因素分析

1.1 风电并网对静态电压稳定性的影响

风电具有随机性与不稳定型的特点，因此，风电场负荷也是不稳定的。风电机组在低负荷与高负荷的状态下无功状态也是不同，低负荷时是送端，高负荷时是受端，这样的运行状态下会使电网电压造成急剧的波动。此时可以对系统进行简化，以更好地分析对风电对静态电压稳定性的影响。简化图如图1所示[1]。

根据公式U1=U2+（P2R+Q2X）/U2可知，如果U2值不变，风电电阻的机端会随着联络线路的阻抗变化而改变；联络线路的阻抗值不变时将决定机端电压的水平。

因为电压的稳定性与机组的无功特性联系密切，但是风电机组的无功特定又变化多样，所以对电网的静态电压稳定性有较大的影响。恒速恒频异步发电机与双馈式异步发电机应用较多，分析恒速恒频异步发电机，当发电机运行时，有效功率Pg增加，Qg和ΔQL也会增加，如果P2R+Q2X<0，机端电压就会下降；而双馈式异步发电机能够控制恒功率与恒电压，当控制的功率运行时，则Qg=0。压降小，则稳定性越好，比恒速恒频异步发电机功能要强。但是不管哪一种类型的发电机，如果负荷升高，都需要从系统中吸收无功功率导致压降增加，从而造成风电机组电压波动，对电压稳定性带来一定的影响。

1.2 风电并网对暂态电压稳定性的影响

当系统电压低于规定的范围说明用电负荷或者输入功率的突然增加导致这种情况，如果用传统的异步发电机，容易导致风电场电压的崩溃；如果动态无功电压无法支撑，将会从系统中吸取能量。在这种情况下如果发生短路接地类的故障，则风电场将无法有足够的无功功率进行支撑其运行，会导致风电机组的机端无法重建，电压急剧下降到无法控制的范围，会造成风电场的暂态电压失去平衡。变速异步发电机的风电场的电压控制方案一般是通过转子侧变换器实现的，但是发生故障后，变速风电机组没有动态无功功率支撑的作用。如果电网侧发生较大的故障时，正常的维护策略无法为动态电压提供支持[2]。而且，故障线路一旦出现大的故障，比如切除，将会让电网的整体结构都变得异常脆弱，风力机组有功无法输出，导致机械转矩比电磁转矩还要大，从而引起风力机组出现超速，超速会将整个风电场中的所有机组都切除，将会对风电场的稳定性以及电网系统的安全带来非常严重的影响。因此，风电并网的电网暂态电压稳定性对电网系统非常重要。

1.3 电网运行控制方式不完善

如果电力系统中的电源都是恒定的，不利于电力系统的稳定，因为需求侧每天都在发生变化，要想保证电力系统的稳定性，需要有良好的灵活性功能，还需要有较好平衡电网的能力，随着我国风电并网项目的不断增加，风电机组的数量也在不断增加，如果不采取有效的控制方法将会降低电网整体的稳定性。目前风电接入运行方式以及控制手段都不太完善，容易造成电压频繁出现波动，不利于电网的有效运行。

2 风电并网后对电网稳定性的有效处理措施

2.1 提高静态电压稳定性的措施

风电并网后产生静态电压稳定性影响有多个原因，比如风电机组、电容、参数以及电场负荷等，解决静态电压稳定性需要将影响因素综合在一起进行考虑，以提高静态电压的稳定性。无功补偿需要改善，从分析静态电压的影响可以看出，改善加装机端电容的无功补偿，能够明显改善风电场的静态电压稳定性，且线路阻抗参数也会影响系统中的功率发生变化，因此完善无功补偿装置对于改善电网电压稳定性十分有效；风力发电机的正确选择，因为恒速恒频异步发电机不利于电压的稳定性。而且当风电场的功率增加，恒速恒频异步发电机需要从系统中吸收无功功率，从而造成造成系统电压的不稳定，但是采用双馈式异步发电机就能够明显改善系统电压的稳定性，且双馈异步发电机具有无功支撑功能，有利于系统电压的稳定；最后是线路的选择，在不影响传输速率的情况下，尽量选择R/X大的线路，能够保证电网静态电压的稳定与有效运行。

2.2 提高暂态电压稳定性的措施

提高风电并网暂态电压稳定性，需要合理选择风力发电机，与提高静态电压稳定性的方式相同，都是选择双馈式异步发电机，能够有效提高系统的暂态电压稳定性；要限制接入风电场的容量，将较大的容量风电场接在不同的节点中，切记不能只接入在一个节点。这样做的目的是为了当其中某一个节点发生故障后能够降低相互之間的影响，以增加系统的暂态电压稳定性；对风电机组进行有效的控制，控制的重点是恒速恒频异步发电机组的桨距角，控制桨距角能够有效降低机械的输入功率，当电压出现故障进行修复的过程中，能够有效避免机组功率不平衡导致的电压失衡。而变速风电机组不仅能够对桨距角进行很好的控制，还能有效控制变流器侧，从而起到控制风电并网引起的暂态电压不稳定的问题，让系统的电压更加稳定了；无功补偿也同样需要重点加强，当电网发生故障后，风电场对无功的需求会急剧上升，从而造成电压下降，因此需要采取无功补偿措施，安装SVC、STATCOM无功补偿装备，保证系统运行的稳定性。

3 结语

风电并网后产生的静态电压影响以及暂态电压影响都会造成电力系统的不稳定，合理选择风力发电机组，对风力机组的运行进行有效控制，无功补偿要完善，制定切实可行的运行管理方法，将责任落实到实处，强化管理与班组的建立，并对电力现场进行监控，将安全责任制度落实到每一位员工的头上。电网运行人员要定期进行专业的培训，当风电并网后如果出现故障能够及时对线路故障进行排除，避免电网发生较大的事故，最大程度的保证电网的有效运行。

参考文献

[1] 王永辉，陈新，刘冰.风电并网后的电网稳定性影响因素分析及应对策略[J].自动化应用，2017（8）：153-155.

[2] 赵威.风电并网对电网电压稳定性的影响研究[D].华北电力大学，2015.

[3] 彭亮.影响风力发电机组并网系统稳定性的因素分析[J].电子设计工程，2017，25（15）：85-89.

[4] 门艳，刘芳，闫富强，等.风力发电并风电能调度稳定性优化仿真[J].计算机仿真，2017，34（6）：108-111.