大規模風電集中接入對電力系統穩定性的影響

文/張雪冬

風電能源最為新能源中最重要的角色，在全國范圍中也不斷普及，但是由于我國地大物博，每一個地區的風力和電力也就不相同，相對應的每個地區的風力負荷也就相差比較大，特別是對于風力資源較少的地區，風力負荷相對來說會比較大一些。而對于邊遠地區，風力資源相比較而言會比較豐富，風力負荷也就比較小一點，而且還需要通過輸電系統遠距離輸送到負荷中心，在這個過程當中大規模的風電集中接入已經成為了一種重要的手段。下面就從功角穩定性和電壓穩定性兩個角度對大規模風電集中接入對電力系統穩定性的影響做出分析。

1 電壓穩定性分析

電壓穩定性就是指母線電壓在受到干擾或者是在正常情況下能夠接受的穩定值能力。而且這個電壓穩定性又分為靜態電壓穩定性和暫態電壓穩定性。但是隨著科學技術的不斷進步，輸入的電壓也日益增加，導致暫態電壓穩定性中出現的問題也越來越嚴重。對于一些風電機組機端電壓變壓器和風電場升壓變壓器都存在無功損耗，因此在風電場運行過程中需要吸收大量電網中的無功功率，如果之前電網儲備的能量不夠，或者是風電場的規模比較大，就會出現電壓不穩定的狀況。為了保持電壓穩定的狀況，需要引進一些低電壓穿透能力較強的無功補償設備，比如說靜止無功發生器和補償器。低壓穿透能力對于電壓的穩定性有著至關重要的影響，對電壓的穩定有著重要的保障。如果風電場的一些設備沒有低壓穿透能力那么電網就會發生電壓失穩的情況，特別是在大規模風電場集中接入系統存在的容量較大時，一旦電網發生故障，就會直接導致電壓失穩，甚至出現電壓崩潰的狀態，最終造成大面積停電的事故。暫態電壓穩定的分析方法主要有兩種，分別是：直接法和時域仿真法。對于直接法而言，首先需要建立起負荷動態特定的電力系統結構模型，然后構建相應的暫態能量函數，從而進行在線分析。而對于第二種方法時域仿真法來說，也需要建立相應的方程組模型，進而利用數值分析法求解。由于這兩種方法的特點不同，用于的地方也就不相同。直接法不能直接用于在線的暫態評估，時域仿真法則比較適合于離線計算和分析。

2 大規模風電集中接入對電力系統的影響

2.1 小干擾穩定

對于目前的電力系統而言，風電并網容量在其中的使用比重越來越大，而且對穩定電力系統有著重要的作用，特別是對于小干擾穩定。大規模風電集中接入使得電力系統變得更加的復雜，但是對于一些問題來講，單純的幾個運行方式并不能說明一些問題。負阻尼機理是一種采用線性化模型進行分析的研究方法，研究的結果都比較近似。這種方法使用的時機也是有一定的要求，只有在運行參數在準穩定運行點附近時運行才有效果，如果參數波動比較大時，依舊采用這種方法就會造成很大的誤差，從而造成電力系統的不穩定。在最近的一段時間，我國的一些電力系統往往會產生一些不明原理的低頻振蕩，造成很大的影響，而且隨著電力系統規模不斷的增加，就需要進一步的研究一些分析方法，從而提高電力系統的穩定性。

2.2 暫態穩定

暫態穩定主要是指電力系統在遭受到很大擾動后恢復到原來狀態的一個過程。同步發電機的功率角或異步發電機的轉差率如果在一定值之間持續穩定，即暫態穩定，否則稱暫態不穩定。小擾動穩定性與擾動穩定性最大的區別在于，擾動后運行參數與平衡點偏離較大，分析方法也存在較大差異。然而異步發電機不存在功率角穩定性問題，但對于轉子角的穩定性可以依靠滑差表現出來，因此異步發電機會有暫態穩定性問題。電網的拓撲結構和運行方式都會影響風電集中接入電網的暫態穩定性，良好的運行方式會提高電網暫態穩定，不好的運行方式則降低電網暫態穩定。感應發電機一般應用在風力發電機中，這與傳統的同步發電機不同。當電網發生故障時，風力發電機的暫態特性與傳統同步發電機差異很大。大容量風電接入電力系統會導致系統暫態性發生變化，主要是因為改變了電力系統的潮流分布和慣性。

大規模風電集中接入電力系統將會對電力系統的暫態穩定性產生一定的影響。當風電滲透率較大，連接電壓水平較高時，電網暫態穩定受到風電接入的影響將較為明顯。分析了電網的暫態穩定特性后,提出了風電場的安全容量的概念，以確保安全穩定運行的風電場和電網，并討論了一些措施來改善電網的暫態穩定水平。為了深入研究電力系統的穩定性，分別連接雙饋風電場和雙饋同步發電機在同一接入點，并證明了基于雙饋風電場的影響，風電場的電力系統暫態穩定優于接于同一接入點的同容量同步發電機。再結合風電場的暫態特征本身，和全面研究三相短路故障對電力系統的影響和風電場本身的外部電網風電場，確保提供了一個最優接入電網容量的風電場。

3 結束語

綜上所述，隨著社會不斷地進步，像風電能源等清潔能源已經成為了能源使用的主潮流。但是對于大規模風電集中接入電力系統穩定而言，依舊存在著一定的問題。本文對影響電力系統穩定性的因素做了進一步分析，包括電壓穩定、小干擾穩定以及暫態穩定三種。同時也給出了一些新型研究的方向，有利于促進電力系統更加穩定，為風電發展奠定更好的基礎。