风电并网对电网电压的影响评估与对策研究

容旭巍

摘要：经济的发展，城市化进程的加快，人们对电能的需求也逐渐增加。随着风电技术日渐成熟，以及风电与智能电网建设的协调发展，可以预见风电将在配电网中，担任越来越不可或缺的角色。但风力电场等分布式电源对电力网络的日益渗透的同时，给现代电力系统带来了很多方面的影响。因此，对风电并入配电网后产生的影响及其应对策略进行相关的研究是非常具有现实意义的。本文就风电并网对电网电压的影响评估与对策展开探讨。

关键词：风电并网;电网电压;影响

引言

近年来，随着技术进步与理念变迁，风力发电等新能源发电方式得到了世界多国的广泛重视，其绿色环保可持续的优势有助于解决世界范围内环境保护和能源短缺的问题。但由于风力资源的不可控性，风电并网对电网而言是一把双刃剑。为了减少风电并网的负面影响、更好地发挥风电对电网的贡献，我国一般选择从较高电压等级电网进行并网。随着技术的更新，可以预见风电并网容量将会越来越大。

1风能发电的特点

与常规的发电形式相比较，风能发电有其特有的特点：首先，风能发电的稳定性差。由于风能本身不可控，而风力发电过程中，风速和风向能够决定风力发电机的发电状态和出力的大小，所以利用风能进行发电，不可避免的会导致发出的电能具有一定的随机性和间歇性，且稳定性差。其次，由于风能是过程性能源，不能进行存储，所以在利用风能进行发电的过程中可能会出现间断供电的现象。所以当风电机组单机运行时，需要安装相应的储能装置才能保证供电的连续性。在风力发展初期，风电机组单机容量较小，并且风电场的装机规模较小，系统对风电的消纳能力能够满足风电并网的需求，风电的接入对电网的影响不明显，但随着风电技术的进步，风电机组的单机容量逐渐增加，风电场的装机规模也不断扩大，此时越来越多的风电场选择并网运行，风电并网对电力系统的影响也逐渐凸显，当风电的规模继续增大直到超出电网的消纳能力时，为保证电网继续保持稳定运行，还有可能会出现弃风或切机的现象。由于受到风能资源分布的限制，风电场大都建在比较偏远的地区，这些地区的电网通常比较薄弱，难以承受风电瞬间并网或脱网的冲击，当风电并网运行且出力较高时，无法就地消纳的有功需要被输送至电网的其他地区，输送过程中不可避免地会消耗更多的无功，当系统提供的无功无法满足风电并网所需时，系统各节点（特别是风电场附近节点）电压可能会出现大幅下降，而风电机组端电压的降低又可能使风电场启动保护装置自动脱网运行，此时突然间电源的失去又可能会导致系统电压出现闪变、大幅度波动，谐波增加等现象，更严重时甚至可能会出现电压崩溃。总之，随着风电场规模的不断增加，风力发电所占比重越来越高，风电的并网运行对电力系统的影响、特别是对电力系统中各节点电压和电压稳定性的影响逐渐凸显，所以为了更为合理的利用风能造福大众，需要深入探讨和研究风电的接入对电网电压稳定性的影响。

2风电并网对电网电压的影响

由于风资源的分布极不均匀且我国风资源丰富的地方多远离负荷中心，故风电场一般都建在电网末端，网络结构比较薄弱承受冲击能力有限。而风电输出功率的波动性和随机性会对电网电压造成电压偏差、电压波动、闪变等负面影响。异步发风力发电机自身没有励磁装置，所以在发出有功的同时要向电网吸收一定量的无功来建立磁场。同时风力机组机端无功补偿常用分组投切电容器，启向电网输入的无功与输入点电压的平方成正比，当系统电压水平较低时，无功补偿量迅速下降。而风电机组的无功需求增加，这将进一步恶化电网电压水平，严重时会导致电压崩溃。双馈风机能够实现有功、无功的解祸控制通过采取适当的额控制策略，能够保证双馈风机工作在单位功率因数工作状态，即风电场出口处的无功功率为0。于其他类型风机双馈风机电压稳定性较好。

3风电并网对电网电压的影响评估与对策研究

3.1适用于风电场并网的配电网的改进算法

在针对不同风力发电机组的特点建立新的节点模型并进行适当处理后，一般的潮流计算方法，在有风电场接入的配电网中进行应用的话，一定要通过改变。在风电场并网前的电网潮流计算流程的基础上，提出适用于含风电场的配电网的潮流算法，做了以下改进：（1）在进行潮流计算之前，先对接入电网的风电场的节点类型进行判断，若为PQ节点则直接计算。若为PV节点，则先将PV节点处理为PQ节点，再进行潮流计算。（2）潮流计算后，除了根据式对计算得出的各个节点电压进行收敛判断，还需要通过式判断计算后的PV节点的电压与其初始值是否收敛。（3）若计算后的PV节点电压值与其初始值收敛，则计算完成。若不收敛，则需要根据式修正其无功功率，并返回重新进行潮流计算，直到收斂为止。基于改进前推回代法的适用于风电场并网的潮流算法，能够方便对不同风电机组组成的风电场进行处理。

3.2提升风电并网系统电压稳定性的措施

提高电压稳定性的措施可以分为3大类：（1）优化风电场周围电网结构增强周边电网的稳定性确保在正常情况下具有足够的无功储备能够在风电场接入及故障期间提供足够的无功支持。（2）减少地区接入的风电场容量避免风电场建设过于集中。电网发生故障后河考虑将部分风电场切除电网离网运行。（3）在风电场侧采用就地无功补偿措施，电网中的无功功率就地平衡无功环流减小不仅提高了电网电压稳定性而且降低了电能损耗。

3.3特殊节点的处理

（1）联络节点的处理。当联络节点没有无功补偿时，可以被当成注入有功和注入无功均为零的负荷节点处理;当联络节点有补偿装置且属于电容器补偿时，将其看作注入无功为正、注入有功为零的负荷节点;端电压保持不变的装置时，当联络节点的补偿装置的为同步调相机等可以维持机在补偿装置的输出功率未达到其输出极限时，该联络节点视为发电机节点，在补偿装置的输出无功达到其输出极限后，络节点视负荷节点。可以将将该联。（2）达到励磁顶值或切机的发电机节点的处理。当某发电机节点的发电机达到励磁极限或因为某种故障切机时，该节点将由发电机节点转换为负荷节点。其中：当发电机达到励磁顶值时，负荷节点的注入有功为发电机额定功率内的任意值，注入无功为发电机节点的极限输出无功功率;当发电机切机时，负荷节点的注入有功和无功均为零。（3）风电场节点的处理。风电场并网运行时，根据风电场中各DFIG控制方式的不同，风电场可以被看成不同的节点。当DFIG运行在恒功率因数控制模式时，风电场节点可以被看成负荷节点;当DFIG运行在恒电压控制模式时，风电场节点被当作发电机节点接入系统，但当风电场的无功输出能力不足以维持风电场机端电压保持恒定时，风电场节点由发电机节点变成负荷节点。

结语

随着风电并网规模的不断扩大，将对电网电压运行带来很大的影响。为此必须采取相应的措施以提高系统电压的稳定性，保证电网的安全、经济运行。

参考文献

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