風電并網對電力系統電壓穩定性的影響分析

哈圖

摘 要：風力發電是一種成熟的可再生能源發電方式，在國家政策以及經濟發展需求下，風力發電發展迅速。而不同地點、不同時刻的風速都是不同的，這使得風力發電間歇性明顯。所以，當風電接入電網時，要經過嚴格的可行性評估，針對風電場并網所帶來的響，采取優化的運行措施、策略，以確保電網安全、經濟運行，同時能夠最大程度地接受風電容量。文章闡述了風電并網對穩態電壓穩定性以及暫態態電壓穩定性的影響，分析其不利影響，并給出了相應的優化措施。

關鍵詞：風電；電力系統；靜態電壓穩定；靜態安全分析

1 概述

風力發電機組采用的是異步發電機技術，其靜態特性和暫態特性具有自身特性。風電場接入電網將會對地區電網的電壓穩定性造成不利影響，對電壓幅值最具有代表性。文章從風電場出力、風電場功率因數、風電場接入位置，就風電并網會對電壓造成的影響進行研究。

2 風電并網造成的影響

2.1 風電場出力的影響

電網的負荷、電網運行方式、電網的結構以及發電機組的出力每個時刻都在變化，這會導致功率不平衡，進而造成電壓偏離標稱值。當風電場并入電網，風電功率會造成電壓幅值偏移；另同時，風電的隨機性也會導致風電功率變化，電網電壓會產生波動。

2.2 風電場功率因數的影響

傳統風力發電系統在建立旋轉磁場時需要吸收大量無功功率，但無功功率和有功功率沒有解耦，功率因數會出現較大變化。吸收無功將導致電網的功率因數會降低，若不能采取無功補償的措施，會造成電壓異常波動。

2.3 風電場接入位置的影響

當風電并入電網后，主網的功率輸出會減小。但風能具有隨機性和不可調度性，風電的輸出隨著時間變化而變化。而風電的隨機性會對電網供電可靠性以及效率造成影響。一方面，風電接入電力系統能提高電網的電壓分布，降低電網損耗；另一方面，風電可能會改變電網的潮流的方向，降低或者加大系統損耗；最大的影響是，風電的隨機性會對主網的正常運行造成影響，隨著風電容量的增加，影響會更加大。風電場的并入位置，也對靜態電壓穩定性產生重大影響。

3 實例仿真研究

3.1 某電網概況與運行現狀

設電網有500kV變電站1座，220kV變電站10座，通過8條聯絡線與系統相連，擁有電廠2座以及風電場1座。該市電網網架結構薄弱，具有發電不確定供電的風電廠，具有較高的電網運行風險。

3.2 風電場出力的影響

風電場額定功率為49.5MW，以0.95的恒功率因數運行。當風電場有功出力從從零發逐漸增加到滿發時，節點電壓增量的幅度也在增加，反之，節點電壓增量會降低。而當風電場出力較大時，無功功率損耗增加會導致電壓下降。在仿真中繼續加大出力，電壓增量如圖1所示。

由圖1中可以看出，當風電場出力的不斷增加時，系統節點電壓幅值增量也在增加；若繼續加大風電場的出力，系統節點電壓反而開始減少。由上可見，在風電場出力初始能夠實現有功和無功的解耦，無需從吸收無功功率。但當風電場出力超過一定值之后，線路的無功損耗增加，造成電壓降落。

3.3 風電場功率因數的影響

改變風電場的功率因數，觀察并網點電壓的變化。仿真得到在不同的功率因數下，風電廠的電壓增量如圖2所示。

由圖2可知：第一，若風電場以滯后功率因數運行時，電壓幅值與風電場有功出力成正比；當風電場以超前功率因數運行時，電壓幅值與風電場有功出力成反比。第二，功率因數的絕對值與電壓增量成反比。為降低風電廠對電網電壓影響，應提高風電場功率因數。第三，當電網電壓偏低時，可以適當提高風電場功率因數；而當電網電壓偏高時，則風電場最好以超前功率因數運行。

3.4 風電場接入位置的影響

風電場接入位置會對電網的電壓造成影響，接入點的毗鄰區域所形成的影響最大。可通過提高風電場的功率因數用于降低電壓，也可在風電場配備并聯電抗器用于吸收電網剩余無功功率，降低電壓。

4 結束語

綜上所述，可以總結其措施主要包括以下幾點。第一，進行全網含風電場的無功補償或無功優化，降低網損；第二，提高風電場的運行功率因數；第三，在風電并網點適當采用電抗器補償；第四，增強網架降低風電場的影響；第五，使用動態無功補償設備。通過以上幾點方式，可以使得風電并網對電力系統電壓穩定性影響最小。

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