風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓影響及提高穩(wěn)定性措施

都靜靜 張王飛

摘 要：隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗及環(huán)境污染問題的日漸突出，風(fēng)力發(fā)電作為可再生清潔能源受到越來越多的關(guān)注。大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定運(yùn)行造成了較大影響，本文就風(fēng)電并網(wǎng)所產(chǎn)生的電壓問題簡單分析，并就提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的措施進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電;并網(wǎng);穩(wěn)定性

1引言

在當(dāng)今諸多新能源行業(yè)中，風(fēng)力發(fā)電成為發(fā)電行業(yè)中增長最快的新能源產(chǎn)業(yè)之一。風(fēng)能作為風(fēng)力發(fā)電的動力源，其風(fēng)速和風(fēng)向變化是不規(guī)律的，使得風(fēng)力發(fā)電輸出的電能具有一定的隨機(jī)波動性。在同一個(gè)風(fēng)電場區(qū)范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組，因所在位置不同，風(fēng)速和風(fēng)向也不完全相同，導(dǎo)致風(fēng)電出力也不盡相同，因此風(fēng)電功率并入電網(wǎng)后，將對地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響，制約了風(fēng)電發(fā)展。本文就風(fēng)電并網(wǎng)后產(chǎn)生的電壓不穩(wěn)定原因及提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性措施分析進(jìn)行分析。

2風(fēng)電并網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的原因分析及影響

受風(fēng)速及風(fēng)能分布、電網(wǎng)系統(tǒng)布局等因素影響，導(dǎo)致風(fēng)電場輸出的電能輸均存在不穩(wěn)定性。對電網(wǎng)電壓所產(chǎn)生的影響不容忽視，主要表現(xiàn)為電壓偏差和電壓波動。

2.1 電壓偏差及其影響

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向電力系統(tǒng)輸入的有功功率增加時(shí)，系統(tǒng)輸出的無功功率也會隨之增大，使得系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓波動的現(xiàn)象，產(chǎn)生電壓偏差。對于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，因其能夠?qū)崿F(xiàn)有功和無功的解偶控制，故其所發(fā)出的電能并電網(wǎng)時(shí)與系統(tǒng)間不存在能量轉(zhuǎn)換的過程。一旦變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力較高，則其消耗的無功功率也隨之增加，從而使得系統(tǒng)電壓幅值下降，導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行電壓與額定電壓之間出現(xiàn)電壓偏差現(xiàn)象。

實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常采用異步電動機(jī)。工作過程中，如果電動機(jī)兩端的實(shí)際電壓較系統(tǒng)額定電壓小的話，造成電壓偏差，此時(shí)則由實(shí)際電壓低而使得異步電動機(jī)因出力不足而停止工作，甚至可能導(dǎo)致電動機(jī)被燒壞。若電動機(jī)兩端的實(shí)際電壓較系統(tǒng)額定電壓大的話，異步電動機(jī)則會出現(xiàn)鐵芯過熱的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會影響電動機(jī)絕緣性能。除此之外，無論運(yùn)行中的實(shí)際電壓是偏高還是偏低，都會對用電設(shè)備造成一定程度的損壞。運(yùn)行中若供電電壓過高，使得輸電線路功率降低，導(dǎo)致頻率出現(xiàn)波動現(xiàn)象，進(jìn)而增加了系統(tǒng)電壓以及有功、無功的損耗，同時(shí)還會造成負(fù)荷增加，用電設(shè)備絕緣性能降低，帶鐵芯的設(shè)備達(dá)到飽和狀態(tài)并產(chǎn)生諧波，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)電磁干擾。

2.2 電壓波動及其影響

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動力源是風(fēng)能，風(fēng)電機(jī)組在連續(xù)運(yùn)行過程中，受到風(fēng)波動的影響，從而產(chǎn)生不同的輸出功率。輸出功率受風(fēng)速、空氣密度、槳距角等影響，這些因素的頻繁變化，引起電壓波動。換句話說，如果風(fēng)力越大且持續(xù)時(shí)間越長的話，隨之風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的功率相對來說就越穩(wěn)定;同時(shí)，如果風(fēng)力越小且波動相對較大，隨之風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的功率相對來說就越不穩(wěn)定，具有較大的波動性。故而，可近似認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓的波動與風(fēng)力波動成正比例關(guān)系，換言之風(fēng)電在接入系統(tǒng)后電壓也受風(fēng)力波動而波動。與此同時(shí)，在風(fēng)電機(jī)組的切換過程中及其接入到不同結(jié)構(gòu)的供電系統(tǒng)中時(shí)，都會導(dǎo)致大小不一的電壓波動現(xiàn)象出現(xiàn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接點(diǎn)的短路容量比和電網(wǎng)線路的電源阻抗電感和電阻比也導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)電壓波動現(xiàn)象。

電壓波動對日常生活和工作都造成一定的影響，諸如對精密用電設(shè)備的運(yùn)行及精密設(shè)備的生產(chǎn)等都會造成不良影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)ζ髽I(yè)造成嚴(yán)重的損失。因此，為保證生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行，電力系統(tǒng)中對不同電壓等級的波動范圍都有明確規(guī)定，需得保證系統(tǒng)的供電電壓在該范圍內(nèi)。

3 提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的措施

目前，保持風(fēng)電場無功功率的平衡是保持風(fēng)電場并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性現(xiàn)實(shí)有效的做法，即實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場電壓穩(wěn)定問題可近似認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場無功功率動態(tài)平衡。一般將無功補(bǔ)償裝置并聯(lián)在發(fā)電機(jī)端，從而保證無功功率動態(tài)平衡。

在生產(chǎn)實(shí)際中，常用的并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置有：并聯(lián)式電容器、調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器發(fā)生器。其中，并聯(lián)電容器組主要是通過投切電容器組來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的無功補(bǔ)償，在電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)和輕微故障時(shí)，能夠發(fā)揮其無功特性，但其調(diào)節(jié)性能差，調(diào)節(jié)不平滑，同時(shí)對電網(wǎng)中的高次諧波潮流產(chǎn)生影響，甚至使諧波電流放大，導(dǎo)致電能質(zhì)量變差;調(diào)相機(jī)既能夠發(fā)出感性無功，又能夠吸收感性無功，但噪聲大響應(yīng)慢、運(yùn)行維護(hù)相對復(fù)雜且投資較大。

相對于前兩種無功補(bǔ)償裝置，靜止無功補(bǔ)償器發(fā)生器（SVG）設(shè)備具有動態(tài)的調(diào)節(jié)無功的輸出的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快，能夠更好的維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。它可以向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供一定的無功功率，使得整個(gè)線路的壓降有效降低;與此同時(shí)，在電網(wǎng)中出現(xiàn)故障導(dǎo)致電壓異常波動，SVG可迅速反應(yīng)并做出調(diào)整，發(fā)出一定的無功功率進(jìn)一步滿足系統(tǒng)的需求，從而有效降低了電壓波動，保證風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行;同時(shí)還能夠過濾諧波，進(jìn)一步提高電能質(zhì)量。

4? 總結(jié)

本文主要分析了風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響及產(chǎn)生原因，通過對比分析可知SVG可有效補(bǔ)償風(fēng)電系統(tǒng)的無功功率，保證電壓的穩(wěn)定性，有效改善電能質(zhì)量。

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