風力發電并網對系統電壓影響及提高穩定性措施

都靜靜 張王飛

摘 要：隨著傳統能源的不斷消耗及環境污染問題的日漸突出，風力發電作為可再生清潔能源受到越來越多的關注。大規模的風電并網對電力系統電壓穩定運行造成了較大影響，本文就風電并網所產生的電壓問題簡單分析，并就提高系統電壓穩定性的措施進行分析。

關鍵詞：風電;并網;穩定性

1引言

在當今諸多新能源行業中，風力發電成為發電行業中增長最快的新能源產業之一。風能作為風力發電的動力源，其風速和風向變化是不規律的，使得風力發電輸出的電能具有一定的隨機波動性。在同一個風電場區范圍內的風電機組，因所在位置不同，風速和風向也不完全相同，導致風電出力也不盡相同，因此風電功率并入電網后，將對地區電網的電能質量帶來嚴重影響，制約了風電發展。本文就風電并網后產生的電壓不穩定原因及提高系統電壓穩定性措施分析進行分析。

2風電并網電壓不穩定的原因分析及影響

受風速及風能分布、電網系統布局等因素影響，導致風電場輸出的電能輸均存在不穩定性。對電網電壓所產生的影響不容忽視，主要表現為電壓偏差和電壓波動。

2.1 電壓偏差及其影響

風力發電機組向電力系統輸入的有功功率增加時，系統輸出的無功功率也會隨之增大，使得系統中出現電壓波動的現象，產生電壓偏差。對于變速風力發電機組，因其能夠實現有功和無功的解偶控制，故其所發出的電能并電網時與系統間不存在能量轉換的過程。一旦變速風力發電機組出力較高，則其消耗的無功功率也隨之增加，從而使得系統電壓幅值下降，導致系統實際運行電壓與額定電壓之間出現電壓偏差現象。

實際應用中，風力發電機組通常采用異步電動機。工作過程中，如果電動機兩端的實際電壓較系統額定電壓小的話，造成電壓偏差，此時則由實際電壓低而使得異步電動機因出力不足而停止工作，甚至可能導致電動機被燒壞。若電動機兩端的實際電壓較系統額定電壓大的話，異步電動機則會出現鐵芯過熱的現象，嚴重時還會影響電動機絕緣性能。除此之外，無論運行中的實際電壓是偏高還是偏低，都會對用電設備造成一定程度的損壞。運行中若供電電壓過高，使得輸電線路功率降低，導致頻率出現波動現象，進而增加了系統電壓以及有功、無功的損耗，同時還會造成負荷增加，用電設備絕緣性能降低，帶鐵芯的設備達到飽和狀態并產生諧波，導致系統出現電磁干擾。

2.2 電壓波動及其影響

風力發電機的動力源是風能，風電機組在連續運行過程中，受到風波動的影響，從而產生不同的輸出功率。輸出功率受風速、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，如果風力越大且持續時間越長的話，隨之風力發電機組輸出的功率相對來說就越穩定;同時，如果風力越小且波動相對較大，隨之風力發電機組輸出的功率相對來說就越不穩定，具有較大的波動性。故而，可近似認為風力發電機輸出電壓的波動與風力波動成正比例關系，換言之風電在接入系統后電壓也受風力波動而波動。與此同時，在風電機組的切換過程中及其接入到不同結構的供電系統中時，都會導致大小不一的電壓波動現象出現。風力發電機組連接點的短路容量比和電網線路的電源阻抗電感和電阻比也導致風力發電機組接入電網時出現電壓波動現象。

電壓波動對日常生活和工作都造成一定的影響，諸如對精密用電設備的運行及精密設備的生產等都會造成不良影響，嚴重時甚至會對企業造成嚴重的損失。因此，為保證生產生活的正常進行，電力系統中對不同電壓等級的波動范圍都有明確規定，需得保證系統的供電電壓在該范圍內。

3 提高系統電壓穩定性的措施

目前，保持風電場無功功率的平衡是保持風電場并網電壓穩定性現實有效的做法，即實現風電場電壓穩定問題可近似認為是實現風電場無功功率動態平衡。一般將無功補償裝置并聯在發電機端，從而保證無功功率動態平衡。

在生產實際中，常用的并聯無功補償裝置有：并聯式電容器、調相機和靜止補償器發生器。其中，并聯電容器組主要是通過投切電容器組來實現對系統的無功補償，在電網穩態和輕微故障時，能夠發揮其無功特性，但其調節性能差，調節不平滑，同時對電網中的高次諧波潮流產生影響，甚至使諧波電流放大，導致電能質量變差;調相機既能夠發出感性無功，又能夠吸收感性無功，但噪聲大響應慢、運行維護相對復雜且投資較大。

相對于前兩種無功補償裝置，靜止無功補償器發生器（SVG）設備具有動態的調節無功的輸出的優點，響應速度快，能夠更好的維持電網電壓的穩定。它可以向風力發電機組提供一定的無功功率，使得整個線路的壓降有效降低;與此同時，在電網中出現故障導致電壓異常波動，SVG可迅速反應并做出調整，發出一定的無功功率進一步滿足系統的需求，從而有效降低了電壓波動，保證風機不脫網運行;同時還能夠過濾諧波，進一步提高電能質量。

4? 總結

本文主要分析了風電并網對系統電壓穩定性的影響及產生原因，通過對比分析可知SVG可有效補償風電系統的無功功率，保證電壓的穩定性，有效改善電能質量。

參考文獻

[1]孫李堅.風電接入對配電網電能質量影響的仿真分析[D].吉林大學，2017

[2]康嚴文.風力機的電壓波動和閃變檢測[D].新疆大學碩士學位論文，2007

[3]梁佳斌.風力發電并網技術及電能質量控制對策分析[J].電工技術，2018（6）