大规模风电集中接入对电力系统稳定性的影响

文/张雪冬

风电能源最为新能源中最重要的角色，在全国范围中也不断普及，但是由于我国地大物博，每一个地区的风力和电力也就不相同，相对应的每个地区的风力负荷也就相差比较大，特别是对于风力资源较少的地区，风力负荷相对来说会比较大一些。而对于边远地区，风力资源相比较而言会比较丰富，风力负荷也就比较小一点，而且还需要通过输电系统远距离输送到负荷中心，在这个过程当中大规模的风电集中接入已经成为了一种重要的手段。下面就从功角稳定性和电压稳定性两个角度对大规模风电集中接入对电力系统稳定性的影响做出分析。

1 电压稳定性分析

电压稳定性就是指母线电压在受到干扰或者是在正常情况下能够接受的稳定值能力。而且这个电压稳定性又分为静态电压稳定性和暂态电压稳定性。但是随着科学技术的不断进步，输入的电压也日益增加，导致暂态电压稳定性中出现的问题也越来越严重。对于一些风电机组机端电压变压器和风电场升压变压器都存在无功损耗，因此在风电场运行过程中需要吸收大量电网中的无功功率，如果之前电网储备的能量不够，或者是风电场的规模比较大，就会出现电压不稳定的状况。为了保持电压稳定的状况，需要引进一些低电压穿透能力较强的无功补偿设备，比如说静止无功发生器和补偿器。低压穿透能力对于电压的稳定性有着至关重要的影响，对电压的稳定有着重要的保障。如果风电场的一些设备没有低压穿透能力那么电网就会发生电压失稳的情况，特别是在大规模风电场集中接入系统存在的容量较大时，一旦电网发生故障，就会直接导致电压失稳，甚至出现电压崩溃的状态，最终造成大面积停电的事故。暂态电压稳定的分析方法主要有两种，分别是：直接法和时域仿真法。对于直接法而言，首先需要建立起负荷动态特定的电力系统结构模型，然后构建相应的暂态能量函数，从而进行在线分析。而对于第二种方法时域仿真法来说，也需要建立相应的方程组模型，进而利用数值分析法求解。由于这两种方法的特点不同，用于的地方也就不相同。直接法不能直接用于在线的暂态评估，时域仿真法则比较适合于离线计算和分析。

2 大规模风电集中接入对电力系统的影响

2.1 小干扰稳定

对于目前的电力系统而言，风电并网容量在其中的使用比重越来越大，而且对稳定电力系统有着重要的作用，特别是对于小干扰稳定。大规模风电集中接入使得电力系统变得更加的复杂，但是对于一些问题来讲，单纯的几个运行方式并不能说明一些问题。负阻尼机理是一种采用线性化模型进行分析的研究方法，研究的结果都比较近似。这种方法使用的时机也是有一定的要求，只有在运行参数在准稳定运行点附近时运行才有效果，如果参数波动比较大时，依旧采用这种方法就会造成很大的误差，从而造成电力系统的不稳定。在最近的一段时间，我国的一些电力系统往往会产生一些不明原理的低频振荡，造成很大的影响，而且随着电力系统规模不断的增加，就需要进一步的研究一些分析方法，从而提高电力系统的稳定性。

2.2 暂态稳定

暂态稳定主要是指电力系统在遭受到很大扰动后恢复到原来状态的一个过程。同步发电机的功率角或异步发电机的转差率如果在一定值之间持续稳定，即暂态稳定，否则称暂态不稳定。小扰动稳定性与扰动稳定性最大的区别在于，扰动后运行参数与平衡点偏离较大，分析方法也存在较大差异。然而异步发电机不存在功率角稳定性问题，但对于转子角的稳定性可以依靠滑差表现出来，因此异步发电机会有暂态稳定性问题。电网的拓扑结构和运行方式都会影响风电集中接入电网的暂态稳定性，良好的运行方式会提高电网暂态稳定，不好的运行方式则降低电网暂态稳定。感应发电机一般应用在风力发电机中，这与传统的同步发电机不同。当电网发生故障时，风力发电机的暂态特性与传统同步发电机差异很大。大容量风电接入电力系统会导致系统暂态性发生变化，主要是因为改变了电力系统的潮流分布和惯性。

大规模风电集中接入电力系统将会对电力系统的暂态稳定性产生一定的影响。当风电渗透率较大，连接电压水平较高时，电网暂态稳定受到风电接入的影响将较为明显。分析了电网的暂态稳定特性后,提出了风电场的安全容量的概念，以确保安全稳定运行的风电场和电网，并讨论了一些措施来改善电网的暂态稳定水平。为了深入研究电力系统的稳定性，分别连接双馈风电场和双馈同步发电机在同一接入点，并证明了基于双馈风电场的影响，风电场的电力系统暂态稳定优于接于同一接入点的同容量同步发电机。再结合风电场的暂态特征本身，和全面研究三相短路故障对电力系统的影响和风电场本身的外部电网风电场，确保提供了一个最优接入电网容量的风电场。

3 结束语

综上所述，随着社会不断地进步，像风电能源等清洁能源已经成为了能源使用的主潮流。但是对于大规模风电集中接入电力系统稳定而言，依旧存在着一定的问题。本文对影响电力系统稳定性的因素做了进一步分析，包括电压稳定、小干扰稳定以及暂态稳定三种。同时也给出了一些新型研究的方向，有利于促进电力系统更加稳定，为风电发展奠定更好的基础。