風電并網對電網的影響及其策略

李夢云

（武漢理工大學自動化學院，湖北 武漢 430070）

0 前言

隨著日益增長的電力負荷、能源的短缺、環境惡化的愈發嚴重，以及用戶要求電能質量的提高，大家越來越關注DG（分布式發電）。研究表明，分布式發電的發展可以反映能源的綜合運用、電力行業的服務程度和環境保護的提升。尤其是其中的風力資源，因為其是可再生能源、開發潛力大、環境和經濟效益好，因此得到了廣泛的應用，使風力發電成為分布式發電中重要的發展方向，同時也使其成為一種當今新型能源中發展迅速的發電方式。

1 風電并網對電力系統的影響

風電場并入配電網，使輸電網對部分地區的電力輸送壓力得到緩解和電力系統的網損得到改善的同時，也對電力系統產生了許多不好的影響如電壓波動、閃變等。

同時由于風具有隨機性，其輸入電網的有功和無功有很大的波動性。風速的不可預測這一特性，使我們不能對風電進行準確而又可靠地出力預測，我們需要更加注重負荷跟蹤、備用容量等，提高了風電場的運行成本。

風電并網增加電力系統調峰調頻的難度，不僅需要風電場容量，而且需要風電場快速響應負荷變化；風電機組并網時，會不可避免的對電網有沖擊電流。風電場與電網的聯絡線的潮流的雙向性，使并網后的電網的繼電保護的保護配置提高了要求。

2 風電并網對電網電壓的影響

配電網的電壓分布情況由電力系統的潮流所決定，當電力網絡中電源功率和負荷發生變化時，將會引發電力網絡各個母線的節點產生變化。對風電并網的配電網來說，風電場的功率的波動會影響電網電壓出現偏移。由于風電場接入配電網后，風電場的接入點的變化、有功功率和無功功率的不平衡等，會導致無功功率從無功源流向負荷。風電場的電壓偏移會影響風電場的接入容量和風電并網后電力系統的安全運行。

2.1 風速變化對配電網電壓的影響

將接入風電場的配電網系統的供電線路作等值電路，則風電場并網點至無限大系統兩端的電壓降落為：

上式中，U1為風電場的輸出電壓，U2為電網電壓，R1、X1表示風電場的電阻和電抗，R2、X2表示電網的電阻和電抗。取流入風電場的功率方向為正。

由于風電場的視在功率S=P+jQ=U1I 可以求得電流I。并進一步得到

上式中等號后的前一部分為電壓降落的橫向量，意義為電壓幅值的大小；后一部分為縱向量，意義為電壓相角的大小。

近似計算的時候，可以忽略電壓降落的橫分量?？傻茫?/p>

由于線路上流經的無功功率對電壓的偏差產生影響。在配網中的線路的分布電容較小的情況下，若風電機組為恒速風電機組，風電機組的有功功率增大時，其吸收的無功功率也會隨著增長。此時，線路電抗的無功功率會隨著線路流經的有功功率的增加而增長，如果PR+QX>0，電網側電壓高于風電場的電壓。若風電機組為恒功率變速風電機組，可以通過解耦控制有功功率和無功功率，使風電場和電網實現有功功率的交換。不過電壓也可以能在風電機組輸出的有功功率大的時候降低，因為其有功功率經過線路時消耗了無功功率。在配網中的線路的分布電容較大的情況下，不管是基于恒速風電機組的風電場還是基于恒功率變速風電機組的風電場，若其風電機組發出的有功功率較小甚至停發，電網側電壓會在線路容性充電功率的影響下稍微低于風電場的電壓。

由上述可知，當風電場的有功功率和無功功率變化時，會導致風電場側的電壓隨之改變。而風電場側也會進一步影響到全電力網絡的潮流分布。

2.2 不同功率因數對配電網電壓的影響

目前國內主流風電機組為雙饋式風電機組，由于其可以通過對變流器的控制源的觸發角的改變來調節其在發電機的轉子側的逆變器的功率角，進而達到控制其無功的目的。

因為風電機組的有功功率P 跟功率因數有關,P 可以用電壓U、電流I 和功率因數的乘積表示。假設P 不變，在功率因數增大的情況下，若I 增大，因為UI 減小，則U 減小。若I 減小，因為電阻和電抗不變，功率因數角減小，則U 減小。所以若風電場中的風電機組輸出的有功功率不變，增大功率因數會引起風電場出口的電壓的減小，從而影響電網中的潮流分布，改變電網中的其他節點的電壓，反之亦然。

3 應對策略

由上述分析可知，風電場接入配電網時，造成配電網中有功功率和無功功率的不平衡是配電網中影響穩態電壓的穩定性的主要原因?；诖?，本章對于提出幾點初步的應對策略。

（1）在建造風電場前，根據該地區的實際情況，如自然資源、電網的設備、用戶負荷等方面，對風電機組做出合理的選擇。不同類型的風電機組有不同的特點，接入配電網后也會對配電網的電壓產生的影響也有區別。同時風電場內也可以通過一些無功補償裝置來使并網點的電壓得到提高。

（2）考慮到風電機組的有功功率對配電網的電壓的影響，通過對風電場的風速的預測、以及對其有功功率的控制與分配等，從而提高其電壓質量，改善其對電壓的影響。

（3）除了從風電場方面進行考慮外，對電力系統來說，在無功充足的情況下，應該通過一定的方式，主動對系統中的電壓進行調節，比如增加一定的備用容量、改變有載變壓器的變比的方式。

4 總結

風電場并入電網后對該電網內的各個節點的電壓的作用影響著電力系統網絡的正常穩定運行和良好的電能質量。因此，研究風電場并網后對配電網的穩態電壓的穩定性影響具有十分重要的現實意義。本文簡略介紹了風力發電的發展狀況，以及風電接入電網后對電力系統帶來的影響。并且從風速和風電機組的功率因數兩方面，重點分析了風電場并網后對電網的穩態電壓的穩定性的影響。最后針對其影響原理，提出初步的應對策略。

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