风电/光伏发电接入电网的电压稳定及控制分析

风电/光伏发电接入电网的电压稳定及控制分析

覃永杰

国家电投集团河北电力有限公司张家口分公司      河北张家口       075000

摘要：新型电力系统的构建促进了中国电源侧结构转型，风电、光伏等新能源的大规模并网将对交流系统继电保护产生巨大挑战。目前随着分布式光伏发电和风电项目的日益增多，发电企业合理地接入系统技术方案和减少光伏发电项目对电网规划、电能质量、电网运行方式安排等方面的影响等已经成为供电局规划人员面临的一个重要而紧迫的难题。基于此，本文就针对风电/光伏发电接入电网的电压控制措施进行分析。

关键词：风电/光伏发电；接入电网；电压稳定

中图分类号：TM75    文献标识码：A

引言

中国2020年提出“碳达峰、碳中和”和“构建以新能源为主体的新型电力系统”的战略目标，在此背景下，以风电、光伏为代表的新能源得到迅速发展，未来新能源将成为电力系统的主力电源，电力系统的电源结构将发生根本性变革。

1 风电和光伏发电概述

1.1 风力发电

大型风力发电机组在运行过程中，轮叶会在风力的持续作用下带动轮毂不断地旋转，将风能不间断地转化为机械动能；接着，轮毂装置通过设置在风力发电机装置中的传动装置将转子装置的机械动能连续传递给发电机转子，驱动发电机转子连续转动，将机械动能转化为电能，再由转换器连接到电网，为终端电气设备正常运行提供支撑。风力发电主要是以风速、风力等风能为运行动力，虽然此方式能够充分利用自然资源，有零污染排放的绿色节能优势，无论是占地面积还是施工进度都能获得预期的效果，但此方式也存在一定的缺陷，即风速、风向等无法通过人力进行控制，导致风电场的输出电力往往出现较大的波动，并入电网后导致电网处于不稳定的运行状态。

1.2 光伏发电

在分布式光伏电站的运行过程中，光伏电池是发挥核心作用的主要系统。其工作原理主要是基于电子被光照射后，继续向反向进行变动的过程产生电子聚集的固定区域，而形成了光伏效应光电转换的过程在对光伏电池进行原理和运行状态分析时，需要使用建模的方式。具体来说，光伏电池在运行过程中具有不同的状态差异，需要通过数据计算的方式进行建模，实现对光伏电池的运行应用原理和应用状态清晰充分的了解。

2 电压稳定及控制措施

2.1 改善无功补偿技术

目前我国大多数风电场的异步发电机采用的是感性元件，但感性元件存在一定的局限性，不能提供无功率供电。要想维持电网稳定的运行状态以及电能质量，必须根据实际情况确定各个地区的接入点及电压值等，恰当、合理地选择无功功率补偿量。为改善风电场整体的使用质量，保证发电设备运行的稳定，应在风力发电基地建设一套超导磁储能系统，建成后安装相应的动态无功补偿装置，通过该装置可以随时掌握不同区域的电网运行情况，随时调节、优化无功补偿装置，并制定科学、合理的无功补偿量，实现对电网整体电压的有效把控以及风电场出口处装置净产量的利用，保障风电场出口处电压的稳定性，显示出调节功率、降低传输功率，实现动态的波形控制。

2.2 研发大容量风电系统

通过具体的案例数据研究得知，中国的风电产业在能源技术方面实际上对天然资源的依赖度仍然相当大，同时中国历来也是把海洋风电开发视为严重的问题，这也表明中国缺少对大容量风能技术的开发。这也是目前中国和不少国家相比在一些新能源的使用领域差异非常大，而且差异越拉越大的缘故。当然国家政府部门，特别是部分地区政府部门及其组织近年来根据自身的环境及其所在区域对风能发电机新能源技术的应用开展了一系列的探索，加之随着我国对风能资源的大量开发利用，风能机组单机装机容量日益增加。掌握了这样的基本要求以后，许多具体的项目实施起来就顺畅许多。当然这也给技术研发提供了越来越大的需求，特别是在关键组件和主要子系统的开发领域产生的困难。首先遇到的困难就是技术的困难越来越大，其原因如果要把焦点放到开发大规模、高性能和安全平稳的风能发动机上来，那么不但必须拥有成熟的开发体系，必须建立科学的工艺系统，且具有技术素养强的技术队伍，虽然风能大容量地开发已是当务之急，但怎样打破这一障碍，开发新型的控制系统、技术方法却是目前全球风能开发行业遇到的技术难题。

2.3 电力电量平衡

如果线路负荷≥光伏发电量，说明光伏发电量能够就地消纳，即光伏电站发出的电量不需要通过10kV或380V线路送到变电站10kV或配电站380V母线、配电台区进行电力电量平衡。如果线路负荷＜光伏发电量，说明光伏发电量不能够就地消纳，即光伏电站发出的电量要通过10kV或380V线路送到变电站10kV或配电站380V母线、配电台区进行电力电量平衡，此时要重点审查变电站10kV母线上所接的所有10kV线路或配电站380V母线所接的所有380V线路、配电台区，光伏发电量出现最大值时，线路总负荷与分布式光伏发电量的平衡情况。若母线上所接10kV/380V线路的总负荷不能与分布式光伏的发电量平衡，还需要穿越变电站、配电站主变，配电台区变压器，用更高电压等级的负荷进行平衡，那就说明接入方案、接入点选择不合理，要重新选择、制定接入系统方案，调整接入点。

2.4 一次、二次设备校验

（1）分布式光伏发电项目接入后，保护配置、自动装置配置、保护整定值等是否满足要求。不能满足分布式光伏发电项目接入的设备，是否安排了设备改造，设备改造方案及其停电影响分析、负荷转移措施等的内容要完备，针对性要强，措施要具体、可行。如果分布式光伏发电项目采用通过10kV或380V系统接入，利用变电站、配电站（箱变）、配电台区变压器升压后，再与10kV系统并网的方式，还要重点审查该配电站（箱变）、台区变压器的主变参数校验情况，主变必须满足降压变与升压变互相转换的运行要求。如果分布式光伏发电项目的电量不能在并网10kV/380V线路就地消纳，需送至变电站10kV母线或配电站380V母线进行平衡的，除重点审查以上内容外，还要对变电站、配电站母线、母线上所有线路的一次、二次设备校核情况进行审查。（2）分布式光伏发电系统的防孤岛检测和保护分布式光伏发电系统逆变器是否具备快速主动检测孤岛和检测到孤岛后立即断开与电网连接的功能。接入10kV的分布式光伏发电项目，是否形成了双重检测和保护策略。电网设备故障时，分布式光伏发电设备对电网设备的影响分析，防止光伏发电系统向故障设备倒送电的技术措施是否满足要求。

3 结束语

随着风电场和光伏发电电网负荷能力的提高，其输出功率与电网电能质量直接挂钩，电网电能质量随风电输出功率波动幅度的变化而变化，因此，必须在实际工作中对风电场和光伏发电相关设备进行持续的管理，进一步优化调度，有效提高风电和光伏发电机组的容量。为并网过程中可能出现的各类干扰因素，制定相应的控制措施，有效改善电能质量。

参考文献：

[1] 包翔,张海平.风电光伏发电接入电网的电压稳定及控制方法[J].电子技术与软件工程,2020(22):224-225.

[2] 傅旭,李想,王笑飞.新能源发电接入对电网短路电流的影响研究[J].分布式能源,2018,3(01):58-63.

[3] 刘罡. 大规模风电/光伏发电集群接入后的电压稳定机理研究[D].西安科技大学,2017.

[4] 杨朔.风电/光伏发电接入电网的电压稳定及控制策略研究[J].科学技术创新,2017(30):102-103.

[5] 何振民. 风电／光伏发电接入电网的电压稳定及控制策略研究[D].华北电力大学,2016.