风力发电并网对系统电压影响及提高稳定性措施

都静静 张王飞

摘 要：随着传统能源的不断消耗及环境污染问题的日渐突出，风力发电作为可再生清洁能源受到越来越多的关注。大规模的风电并网对电力系统电压稳定运行造成了较大影响，本文就风电并网所产生的电压问题简单分析，并就提高系统电压稳定性的措施进行分析。

关键词：风电;并网;稳定性

1引言

在当今诸多新能源行业中，风力发电成为发电行业中增长最快的新能源产业之一。风能作为风力发电的动力源，其风速和风向变化是不规律的，使得风力发电输出的电能具有一定的随机波动性。在同一个风电场区范围内的风电机组，因所在位置不同，风速和风向也不完全相同，导致风电出力也不尽相同，因此风电功率并入电网后，将对地区电网的电能质量带来严重影响，制约了风电发展。本文就风电并网后产生的电压不稳定原因及提高系统电压稳定性措施分析进行分析。

2风电并网电压不稳定的原因分析及影响

受风速及风能分布、电网系统布局等因素影响，导致风电场输出的电能输均存在不稳定性。对电网电压所产生的影响不容忽视，主要表现为电压偏差和电压波动。

2.1 电压偏差及其影响

风力发电机组向电力系统输入的有功功率增加时，系统输出的无功功率也会随之增大，使得系统中出现电压波动的现象，产生电压偏差。对于变速风力发电机组，因其能够实现有功和无功的解偶控制，故其所发出的电能并电网时与系统间不存在能量转换的过程。一旦变速风力发电机组出力较高，则其消耗的无功功率也随之增加，从而使得系统电压幅值下降，导致系统实际运行电压与额定电压之间出现电压偏差现象。

实际应用中，风力发电机组通常采用异步电动机。工作过程中，如果电动机两端的实际电压较系统额定电压小的话，造成电压偏差，此时则由实际电压低而使得异步电动机因出力不足而停止工作，甚至可能导致电动机被烧坏。若电动机两端的实际电压较系统额定电压大的话，异步电动机则会出现铁芯过热的现象，严重时还会影响电动机绝缘性能。除此之外，无论运行中的实际电压是偏高还是偏低，都会对用电设备造成一定程度的损坏。运行中若供电电压过高，使得输电线路功率降低，导致频率出现波动现象，进而增加了系统电压以及有功、无功的损耗，同时还会造成负荷增加，用电设备绝缘性能降低，带铁芯的设备达到饱和状态并产生谐波，导致系统出现电磁干扰。

2.2 電压波动及其影响

风力发电机的动力源是风能，风电机组在连续运行过程中，受到风波动的影响，从而产生不同的输出功率。输出功率受风速、空气密度、桨距角等影响，这些因素的频繁变化，引起电压波动。换句话说，如果风力越大且持续时间越长的话，随之风力发电机组输出的功率相对来说就越稳定;同时，如果风力越小且波动相对较大，随之风力发电机组输出的功率相对来说就越不稳定，具有较大的波动性。故而，可近似认为风力发电机输出电压的波动与风力波动成正比例关系，换言之风电在接入系统后电压也受风力波动而波动。与此同时，在风电机组的切换过程中及其接入到不同结构的供电系统中时，都会导致大小不一的电压波动现象出现。风力发电机组连接点的短路容量比和电网线路的电源阻抗电感和电阻比也导致风力发电机组接入电网时出现电压波动现象。

电压波动对日常生活和工作都造成一定的影响，诸如对精密用电设备的运行及精密设备的生产等都会造成不良影响，严重时甚至会对企业造成严重的损失。因此，为保证生产生活的正常进行，电力系统中对不同电压等级的波动范围都有明确规定，需得保证系统的供电电压在该范围内。

3 提高系统电压稳定性的措施

目前，保持风电场无功功率的平衡是保持风电场并网电压稳定性现实有效的做法，即实现风电场电压稳定问题可近似认为是实现风电场无功功率动态平衡。一般将无功补偿装置并联在发电机端，从而保证无功功率动态平衡。

在生产实际中，常用的并联无功补偿装置有：并联式电容器、调相机和静止补偿器发生器。其中，并联电容器组主要是通过投切电容器组来实现对系统的无功补偿，在电网稳态和轻微故障时，能够发挥其无功特性，但其调节性能差，调节不平滑，同时对电网中的高次谐波潮流产生影响，甚至使谐波电流放大，导致电能质量变差;调相机既能够发出感性无功，又能够吸收感性无功，但噪声大响应慢、运行维护相对复杂且投资较大。

相对于前两种无功补偿装置，静止无功补偿器发生器（SVG）设备具有动态的调节无功的输出的优点，响应速度快，能够更好的维持电网电压的稳定。它可以向风力发电机组提供一定的无功功率，使得整个线路的压降有效降低;与此同时，在电网中出现故障导致电压异常波动，SVG可迅速反应并做出调整，发出一定的无功功率进一步满足系统的需求，从而有效降低了电压波动，保证风机不脱网运行;同时还能够过滤谐波，进一步提高电能质量。

4  总结

本文主要分析了风电并网对系统电压稳定性的影响及产生原因，通过对比分析可知SVG可有效补偿风电系统的无功功率，保证电压的稳定性，有效改善电能质量。

参考文献

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[3]梁佳斌.风力发电并网技术及电能质量控制对策分析[J].电工技术，2018（6）