风电并网对电力系统电压稳定性的影响分析

哈图

摘 要：风力发电是一种成熟的可再生能源发电方式，在国家政策以及经济发展需求下，风力发电发展迅速。而不同地点、不同时刻的风速都是不同的，这使得风力发电间歇性明显。所以，当风电接入电网时，要经过严格的可行性评估，针对风电场并网所带来的响，采取优化的运行措施、策略，以确保电网安全、经济运行，同时能够最大程度地接受风电容量。文章阐述了风电并网对稳态电压稳定性以及暂态态电压稳定性的影响，分析其不利影响，并给出了相应的优化措施。

关键词：风电；电力系统；静态电压稳定；静态安全分析

1 概述

风力发电机组采用的是异步发电机技术，其静态特性和暂态特性具有自身特性。风电场接入电网将会对地区电网的电压稳定性造成不利影响，对电压幅值最具有代表性。文章从风电场出力、风电场功率因数、风电场接入位置，就风电并网会对电压造成的影响进行研究。

2 风电并网造成的影响

2.1 风电场出力的影响

电网的负荷、电网运行方式、电网的结构以及发电机组的出力每个时刻都在变化，这会导致功率不平衡，进而造成电压偏离标称值。当风电场并入电网，风电功率会造成电压幅值偏移；另同时，风电的随机性也会导致风电功率变化，电网电压会产生波动。

2.2 风电场功率因数的影响

传统风力发电系统在建立旋转磁场时需要吸收大量无功功率，但无功功率和有功功率没有解耦，功率因数会出现较大变化。吸收无功将导致电网的功率因数会降低，若不能采取无功补偿的措施，会造成电压异常波动。

2.3 风电场接入位置的影响

当风电并入电网后，主网的功率输出会减小。但风能具有随机性和不可调度性，风电的输出随着时间变化而变化。而风电的随机性会对电网供电可靠性以及效率造成影响。一方面，风电接入电力系统能提高电网的电压分布，降低电网损耗；另一方面，风电可能会改变电网的潮流的方向，降低或者加大系统损耗；最大的影响是，风电的随机性会对主网的正常运行造成影响，随着风电容量的增加，影响会更加大。风电场的并入位置，也对静态电压稳定性产生重大影响。

3 实例仿真研究

3.1 某电网概况与运行现状

设电网有500kV变电站1座，220kV变电站10座，通过8条联络线与系统相连，拥有电厂2座以及风电场1座。该市电网网架结构薄弱，具有发电不确定供电的风电厂，具有较高的电网运行风险。

3.2 风电场出力的影响

风电场额定功率为49.5MW，以0.95的恒功率因数运行。当风电场有功出力从从零发逐渐增加到满发时，节点电压增量的幅度也在增加，反之，节点电压增量会降低。而当风电场出力较大时，无功功率损耗增加会导致电压下降。在仿真中继续加大出力，电压增量如图1所示。

由图1中可以看出，当风电场出力的不断增加时，系统节点电压幅值增量也在增加；若继续加大风电场的出力，系统节点电压反而开始减少。由上可见，在风电场出力初始能够实现有功和无功的解耦，无需从吸收无功功率。但当风电场出力超过一定值之后，线路的无功损耗增加，造成电压降落。

3.3 风电场功率因数的影响

改变风电场的功率因数，观察并网点电压的变化。仿真得到在不同的功率因数下，风电厂的电压增量如图2所示。

由图2可知：第一，若风电场以滞后功率因数运行时，电压幅值与风电场有功出力成正比；当风电场以超前功率因数运行时，电压幅值与风电场有功出力成反比。第二，功率因数的绝对值与电压增量成反比。为降低风电厂对电网电压影响，应提高风电场功率因数。第三，当电网电压偏低时，可以适当提高风电场功率因数；而当电网电压偏高时，则风电场最好以超前功率因数运行。

3.4 风电场接入位置的影响

风电场接入位置会对电网的电压造成影响，接入点的毗邻区域所形成的影响最大。可通过提高风电场的功率因数用于降低电压，也可在风电场配备并联电抗器用于吸收电网剩余无功功率，降低电压。

4 结束语

综上所述，可以总结其措施主要包括以下几点。第一，进行全网含风电场的无功补偿或无功优化，降低网损；第二，提高风电场的运行功率因数；第三，在风电并网点适当采用电抗器补偿；第四，增强网架降低风电场的影响；第五，使用动态无功补偿设备。通过以上几点方式，可以使得风电并网对电力系统电压稳定性影响最小。

参考文献

[1]刘新东，郭容，张建芬，等.计及风力发电的配电网电压稳定性评估框架研究[J].电力系统保护与控制，2013（17）：77-81.

[2]杨硕，王伟胜，刘纯，等.计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略[J].中国电机工程学报，2014，34（28）：4761-4769

[3]康忠健，辛士郎，仲崇山，等.双馈风电场穿透功率增加对电力系统稳定影响综述[J].电力自动化设备，2011，31（11）：94-99.

[4]许晓艳，马烁，黄越辉，等.大规模风电接入对电网静态电压稳定性影响机理研究[J].中国电力，2015，48（3）：139-143.

[5]张锋，李明霞，樊国伟，等.风电接入对地区电网暂态电压稳定性的影响[J].中国电力，2011，44（9）：17-21.

[6]杨硕，王伟胜，刘纯，等.改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略[J].电网技术，2014（5）：1250-1256.

[7]刘继广，王海洋，钟利军，等.风电系统电压稳定性的Hopf分岔控制仿真[J].吉林大学学报（理学版），2013，51（1）：111-115.

[8]方延洪.考虑风电接入的配电网无功优化[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2014（8）：916-921.

[9]李国庆，赵萌姣.选取STATCOM最佳安装位置改善风电并网系统电压稳定性的研究[J].东北电力大学学报，2015（1）：46-51.

[10]袁义桃，康积涛，吴小刚，等.含双馈风电机的电力系统电压稳定性分岔分析[J].中国电力，2014，47（3）：42-47.