風電并網后的電網穩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，成為新能源發電中最具有潛力的發電形式之一。風能由于自身特性，在在并入電網后會給系統的穩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展不容小覷。

1 風電并網對電網穩定性因素分析

1.1 風電并網對靜態電壓穩定性的影響

風電具有隨機性與不穩定型的特點，因此，風電場負荷也是不穩定的。風電機組在低負荷與高負荷的狀態下無功狀態也是不同，低負荷時是送端，高負荷時是受端，這樣的運行狀態下會使電網電壓造成急劇的波動。此時可以對系統進行簡化，以更好地分析對風電對靜態電壓穩定性的影響。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，所以對電網的靜態電壓穩定性有較大的影響。恒速恒頻異步發電機與雙饋式異步發電機應用較多，分析恒速恒頻異步發電機，當發電機運行時，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，則穩定性越好，比恒速恒頻異步發電機功能要強。但是不管哪一種類型的發電機，如果負荷升高，都需要從系統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，對電壓穩定性帶來一定的影響。

1.2 風電并網對暫態電壓穩定性的影響

當系統電壓低于規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，如果用傳統的異步發電機，容易導致風電場電壓的崩潰；如果動態無功電壓無法支撐，將會從系統中吸取能量。在這種情況下如果發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電壓失去平衡。變速異步發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，但是發生故障后，變速風電機組沒有動態無功功率支撐的作用。如果電網側發生較大的故障時，正常的維護策略無法為動態電壓提供支持[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，將會對風電場的穩定性以及電網系統的安全帶來非常嚴重的影響。因此，風電并網的電網暫態電壓穩定性對電網系統非常重要。

1.3 電網運行控制方式不完善

如果電力系統中的電源都是恒定的，不利于電力系統的穩定，因為需求側每天都在發生變化，要想保證電力系統的穩定性，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定性的有效處理措施

2.1 提高靜態電壓穩定性的措施

風電并網后產生靜態電壓穩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，解決靜態電壓穩定性需要將影響因素綜合在一起進行考慮，以提高靜態電壓的穩定性。無功補償需要改善，從分析靜態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電壓穩定性，且線路阻抗參數也會影響系統中的功率發生變化，因此完善無功補償裝置對于改善電網電壓穩定性十分有效；風力發電機的正確選擇，因為恒速恒頻異步發電機不利于電壓的穩定性。而且當風電場的功率增加，恒速恒頻異步發電機需要從系統中吸收無功功率，從而造成造成系統電壓的不穩定，但是采用雙饋式異步發電機就能夠明顯改善系統電壓的穩定性，且雙饋異步發電機具有無功支撐功能，有利于系統電壓的穩定；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，能夠保證電網靜態電壓的穩定與有效運行。

2.2 提高暫態電壓穩定性的措施

提高風電并網暫態電壓穩定性，需要合理選擇風力發電機，與提高靜態電壓穩定性的方式相同，都是選擇雙饋式異步發電機，能夠有效提高系統的暫態電壓穩定性；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點中，切記不能只接入在一個節點。這樣做的目的是為了當其中某一個節點發生故障后能夠降低相互之間的影響，以增加系統的暫態電壓穩定性；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電壓不穩定的問題，讓系統的電壓更加穩定了；無功補償也同樣需要重點加強，當電網發生故障后，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，保證系統運行的穩定性。

3 結語

風電并網后產生的靜態電壓影響以及暫態電壓影響都會造成電力系統的不穩定，合理選擇風力發電機組，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定性影響因素分析及應對策略[J].自動化應用，2017（8）：153-155.

[2] 趙威.風電并網對電網電壓穩定性的影響研究[D].華北電力大學，2015.

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

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