風電并網后的電網穩(wěn)定性影響因素分析及其有效處理

張明

摘 要：能源的不斷消耗、環(huán)境的不斷惡化，則尋找新能源刻不容緩。人們現在廣泛關注的能源有太陽能、地熱能和風能。風能分布廣闊，能源豐富，不會排放污染氣體，成為新能源發(fā)電中最具有潛力的發(fā)電形式之一。風能由于自身特性，在在并入電網后會給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來一定的影響，本文重點就風能在并入電網后對電網穩(wěn)定性帶來的影響進行分析，并提出相應的改善措施。

關鍵詞：風電并網 穩(wěn)定性 影響因素 分析 處理

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（c）-00-02

我國總的風電裝機容量占比最多，新增裝機容量也占比最高，占據了電力發(fā)電的半壁江山。其他國家的風電裝機總量也在不斷上升，說明風電在世界的發(fā)展不容小覷。

1 風電并網對電網穩(wěn)定性因素分析

1.1 風電并網對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

風電具有隨機性與不穩(wěn)定型的特點，因此，風電場負荷也是不穩(wěn)定的。風電機組在低負荷與高負荷的狀態(tài)下無功狀態(tài)也是不同，低負荷時是送端，高負荷時是受端，這樣的運行狀態(tài)下會使電網電壓造成急劇的波動。此時可以對系統(tǒng)進行簡化，以更好地分析對風電對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響。簡化圖如圖1所示[1]。

根據公式U1=U2+（P2R+Q2X）/U2可知，如果U2值不變，風電電阻的機端會隨著聯絡線路的阻抗變化而改變；聯絡線路的阻抗值不變時將決定機端電壓的水平。

因為電壓的穩(wěn)定性與機組的無功特性聯系密切，但是風電機組的無功特定又變化多樣，所以對電網的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性有較大的影響。恒速恒頻異步發(fā)電機與雙饋式異步發(fā)電機應用較多，分析恒速恒頻異步發(fā)電機，當發(fā)電機運行時，有效功率Pg增加，Qg和ΔQL也會增加，如果P2R+Q2X<0，機端電壓就會下降；而雙饋式異步發(fā)電機能夠控制恒功率與恒電壓，當控制的功率運行時，則Qg=0。壓降小，則穩(wěn)定性越好，比恒速恒頻異步發(fā)電機功能要強。但是不管哪一種類型的發(fā)電機，如果負荷升高，都需要從系統(tǒng)中吸收無功功率導致壓降增加，從而造成風電機組電壓波動，對電壓穩(wěn)定性帶來一定的影響。

1.2 風電并網對暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

當系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的范圍說明用電負荷或者輸入功率的突然增加導致這種情況，如果用傳統(tǒng)的異步發(fā)電機，容易導致風電場電壓的崩潰；如果動態(tài)無功電壓無法支撐，將會從系統(tǒng)中吸取能量。在這種情況下如果發(fā)生短路接地類的故障，則風電場將無法有足夠的無功功率進行支撐其運行，會導致風電機組的機端無法重建，電壓急劇下降到無法控制的范圍，會造成風電場的暫態(tài)電壓失去平衡。變速異步發(fā)電機的風電場的電壓控制方案一般是通過轉子側變換器實現的，但是發(fā)生故障后，變速風電機組沒有動態(tài)無功功率支撐的作用。如果電網側發(fā)生較大的故障時，正常的維護策略無法為動態(tài)電壓提供支持[2]。而且，故障線路一旦出現大的故障，比如切除，將會讓電網的整體結構都變得異常脆弱，風力機組有功無法輸出，導致機械轉矩比電磁轉矩還要大，從而引起風力機組出現超速，超速會將整個風電場中的所有機組都切除，將會對風電場的穩(wěn)定性以及電網系統(tǒng)的安全帶來非常嚴重的影響。因此，風電并網的電網暫態(tài)電壓穩(wěn)定性對電網系統(tǒng)非常重要。

1.3 電網運行控制方式不完善

如果電力系統(tǒng)中的電源都是恒定的，不利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，因為需求側每天都在發(fā)生變化，要想保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要有良好的靈活性功能，還需要有較好平衡電網的能力，隨著我國風電并網項目的不斷增加，風電機組的數量也在不斷增加，如果不采取有效的控制方法將會降低電網整體的穩(wěn)定性。目前風電接入運行方式以及控制手段都不太完善，容易造成電壓頻繁出現波動，不利于電網的有效運行。

2 風電并網后對電網穩(wěn)定性的有效處理措施

2.1 提高靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的措施

風電并網后產生靜態(tài)電壓穩(wěn)定性影響有多個原因，比如風電機組、電容、參數以及電場負荷等，解決靜態(tài)電壓穩(wěn)定性需要將影響因素綜合在一起進行考慮，以提高靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性。無功補償需要改善，從分析靜態(tài)電壓的影響可以看出，改善加裝機端電容的無功補償，能夠明顯改善風電場的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，且線路阻抗參數也會影響系統(tǒng)中的功率發(fā)生變化，因此完善無功補償裝置對于改善電網電壓穩(wěn)定性十分有效；風力發(fā)電機的正確選擇，因為恒速恒頻異步發(fā)電機不利于電壓的穩(wěn)定性。而且當風電場的功率增加，恒速恒頻異步發(fā)電機需要從系統(tǒng)中吸收無功功率，從而造成造成系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定，但是采用雙饋式異步發(fā)電機就能夠明顯改善系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，且雙饋異步發(fā)電機具有無功支撐功能，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定；最后是線路的選擇，在不影響傳輸速率的情況下，盡量選擇R/X大的線路，能夠保證電網靜態(tài)電壓的穩(wěn)定與有效運行。

2.2 提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的措施

提高風電并網暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，需要合理選擇風力發(fā)電機，與提高靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的方式相同，都是選擇雙饋式異步發(fā)電機，能夠有效提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；要限制接入風電場的容量，將較大的容量風電場接在不同的節(jié)點中，切記不能只接入在一個節(jié)點。這樣做的目的是為了當其中某一個節(jié)點發(fā)生故障后能夠降低相互之間的影響，以增加系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；對風電機組進行有效的控制，控制的重點是恒速恒頻異步發(fā)電機組的槳距角，控制槳距角能夠有效降低機械的輸入功率，當電壓出現故障進行修復的過程中，能夠有效避免機組功率不平衡導致的電壓失衡。而變速風電機組不僅能夠對槳距角進行很好的控制，還能有效控制變流器側，從而起到控制風電并網引起的暫態(tài)電壓不穩(wěn)定的問題，讓系統(tǒng)的電壓更加穩(wěn)定了；無功補償也同樣需要重點加強，當電網發(fā)生故障后，風電場對無功的需求會急劇上升，從而造成電壓下降，因此需要采取無功補償措施，安裝SVC、STATCOM無功補償裝備，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3 結語

風電并網后產生的靜態(tài)電壓影響以及暫態(tài)電壓影響都會造成電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，合理選擇風力發(fā)電機組，對風力機組的運行進行有效控制，無功補償要完善，制定切實可行的運行管理方法，將責任落實到實處，強化管理與班組的建立，并對電力現場進行監(jiān)控，將安全責任制度落實到每一位員工的頭上。電網運行人員要定期進行專業(yè)的培訓，當風電并網后如果出現故障能夠及時對線路故障進行排除，避免電網發(fā)生較大的事故，最大程度的保證電網的有效運行。

參考文獻

[1] 王永輝，陳新，劉冰.風電并網后的電網穩(wěn)定性影響因素分析及應對策略[J].自動化應用，2017（8）：153-155.

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[3] 彭亮.影響風力發(fā)電機組并網系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素分析[J].電子設計工程，2017，25（15）：85-89.

[4] 門艷，劉芳，閆富強，等.風力發(fā)電并風電能調度穩(wěn)定性優(yōu)化仿真[J].計算機仿真，2017，34（6）：108-111.