风电并网对电力系统电压稳定性的影响

风电并网对电力系统电压稳定性的影响

孟凡成

（内蒙古电力（集团）有限责任公司010000）

摘要：作为一种绿色环保的可再生能源发电方式，在国家政策以及经济发展的需求下，风力发电越来越受到人们重视并得到了迅速发展。但是由于风能的随机性和间歇性，风电并网会对电力系统电压稳定性产生较大的负面影响，不利于我国电力系统的安全稳定运行。基于此，本文通过分析风电并网存在的主要问题，阐述了风电并网对电力系统静态电压稳定性和暂态电压稳定性的影响，并提出了一些改善措施，希望对风电并网的发展能够有所帮助。

关键词：风电并网；电力系统；电压稳定性；影响

前言

风能作为一种可再生的清洁能源，在全球蕴量巨大，并且开发难度小，容易大规模实施，相比传统能源而言，无环境污染，不依赖其他能源。根据世界气象组织宣称，全球的风能资源约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能资源总量还要大10倍。作为当前可再生能源技术中相对成熟，同时可商业化开发和规模化发展的一种清洁能源，风能的利用方式和发电技术发展受到世界越来越多的关注。

1相关背景

为有效应对日益严峻的能源短缺和环境污染问题，风电等清洁、可再生能源的大规模并网将成为必然。然而风资源的间歇性、随机性和波动性，与电网安全稳定运行对电源输出功率的稳定性要求是相矛盾的。风机内也含有诸多电力电子型器件，其复杂的控制系统对电能质量的影响需要进一步研究。大规模的风电并网必然会造成现代电力系统安全稳定、电能质量等控制的困难，严重时甚至会出现大面积的风力发电机组脱网、系统频率和电压失稳等殃及整个电网安全稳定运行的大型事故。

我国的风力资源在全国各地区分布并不均匀，且有时候负荷区域并不在风力资源丰富的地区，风能的大规模、远距离输送已经成为现实，国家电网公司还提出了全球能源互联的设想。随着风电渗透率的不断提高，电力系统稳定运行更加趋于极限条件，区域电网互联所引起的各类低频振荡的现象越来越严重，所以分析风场接入电力系统带来的影响己经是迫切的需求。

2风电并网的主要问题

2.1对电能质量的影响

由于风速的随机性、风机频繁投退和风机的塔影效应都可能导致电能质量下降。风机功率的变化也会使电网频率在一定范围波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作。风电功率的波动势必会引起电网电压的变化，主要表现为电压波动、电压闪变、电压跌落以及周期性电压脉动等。另外，风机本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问题。

2.2对稳定性的影响

大规模风电场接入电力系统时，风电场需要吸收无功功率导致电网电压降低，如果电网不能满足风电场的无功需求，就会影响电压稳定性，限制了风电场容量持续快速增长。不同类型的风机对于电压稳定性的影响有很大的区别。其中对电网电压最为不利的是采用基于普通异步机的恒速风电机组。这类机组不具有电压控制能力，稳态运行消耗大量无功功率，在系统发生故障后的电压恢复期间消耗的无功功率更大，导致地区电网出现稳态、暂态电压稳定性问题。

2.3风机并网冲击

由于普通异步电动机无单独励磁装置，在电机并网时必然有一个过渡过程，产生一定的激磁涌流，需经过短暂的过渡时间进入稳态。激磁涌流的大小，与电机并网时电压的大小、电机电抗以及滑差有关。滑差越大，交流暂态衰减时间就越长，并网时激磁涌流有效值就会越大

3风电并网对系统静态电压稳定性的影响

分析风电并网对系统静态电压稳定性的影响主要采用P—V曲线分析法。在常规电力系统应用P—V曲线分析电压稳定性问题时，P通常表示某区域的总负荷，也可代表系统传输断面或者是区域联络线上的传输功率，v则代表关键母线的电压，也可同时画出多个母线的电压曲线。当把P—v曲线方法应用于风电场接人电网的静态电压稳定性分析时，由于需要考虑的是风电注入电网对电压稳定性的影响，P则代表了整个风电场发出的有功功率，v既可以是机端电压也可以是并网点的电压。对于应用P—v曲线对风电场接人电网的静态电压稳定性的分析，实际上是研究风速变化导致的风电场出力变化对电网电压的影响，采用简化的办法将小扰动电压稳定计算处理成为连续时间断面上每一个离散点的静态潮流计算，用于研究风电的注入功率引起的电压稳定性的变化及运行点距离电压崩溃点的距离，反映风电所接入的电网的电压稳定裕度。对于风电场小干扰电压稳定极限点的计算是风电场并网运行稳定性问题研究的主要方面，它对于风电场的安全运行有着重要的实际意义。

4风电并网对系统暂态电压稳定性的影响

暂态电压稳定性指的是电力系统在发生大扰动后，系统维持电压不会持续降低直至系统电压崩溃的能力。由于功角稳定与电压稳定没有明显的界限而不易区分，通常认为系统在无功备用充足情况下，传统发电机之间失去同步的情况属于功角稳定问题，而当各发电机之间功角偏差不大，因为电网局部或整体的电压下降导致甩负荷或停电的情况属于电压稳定性问题。从电力系统故障的角度来看，暂态电压问题与系统中无功电源的出力相关。电力系统发生故障时，会导致无功电源出力的直接或间接减少，具体表现为：短路故障会造成故障点附近区域的电压降低，从而导致该区域内的无功电源的出力大幅下降；发电机组由于故障退出运行，造成了系统无功电源的损失；由于故障或者运行方式的改变切除某条线路，潮流发生大范围转移，使得某些线路或变压器重载甚至过载，导致无功损耗大幅增加，产生无功缺额。

引起区域内节点电压降低的故障发生在风电场附近时，风电场吸收的无功将增加，若此时该区域内无功不足，风电场并网点的电压就会出现失稳，严重时可能会导致电压崩溃。因此，当风机机端电压低于额定电压的85％时，风电场内风电机组低电压保护一般均会动作于切机，使得机组退出运行，保护系统的稳定。而对于具备低电压穿越能力的风机来说，当电网发生故障导致电压跌落，风电场在电网发生故障后，风机在故障期间保持持续并网运行而不脱网，同时风机还能够向电网注入无功，帮助恢复电压。若风机不具备低电压穿越能力，当风电场附近地区发生短路等故障时会引起风机并网点电压大幅下降，风电机组无法耐受低电压而大规模退出运行，必将引起系统潮流转移，对实际电网及风电场的安全运行造成严重威胁。因此，需采取合理的改善措施保证风电并网后电力系统的可靠运行。

5提升风电并网系统电压稳定性的措施

（1）优化风电场周围电网结构，增强周边电网的稳定性，确保在正常情况下具有足够的无功储备，能够在风电场接入及故障期间提供足够的无功支持。

（2）减少地区接入的风电场容量，避免风电场建设过于集中。电网发生故障后，可考虑将部分风电场从电网切除，脱网运行。

（3）在风电场侧采用就地无功补偿措施，电网中的无功功率就地平衡，无功环流减小，不仅提高了电网电压稳定性，而且降低了电能损耗。

（4）在风电场附近安装低压减载设备，阻止电压的继续恶化。

6结束语

总而言之，随着世界范围内的能源危机和环境污染问题的日益严峻，利用风能发电已经成为当前绿色低碳能源中技术最成熟，开发利用价值最大的发电方式。随着利用风能的不断发展，单台风力发电机组容量的提高，装机容量较大的风电场接入地区电网对系统稳定性的影响也逐渐扩大。因此，研究风电并网对电力系统的影响，特别是对电压稳定性的影响，对确保我国电力系统的正常稳定运行具有重要的意义。

参考文献：

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[2]李柯.风电并网对系统电压稳定性影响研究[D].西安理工大学，2016.

[3]辛自立.风电并网对电力系统电压稳定性的影响[J].科技视界，2017（04）：32-33.