风电场集中接入对区域电网的影响分析

风电场集中接入对区域电网的影响分析

崔伟国孙俊明宋春雨马冲

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摘要：对于风电场集中接入对区域电网的影响分析主要借助电力系统分析软件，结合某地区风电接入的实际情况，做出风电机组和风电场模型来进行研究调查。本文通过对风电场运行的特性以及接入区域电网结构的简单介绍，分析了影响风电场集中接入区域电网容量的主要因素，重点对风电场不同的接入方式对区域系统电网的影响以及风电场集中接入后的潮流和稳定性进行分析研究，并对其处理解决方案提出了简单经验和参考意见。

关键词：风电场集中接入；区域电网；影响分析

引言

随着社会生产力和经济水平的飞速发展，新能源的开发和利用是一项十分重要的工程，其中风能作为一种丰富的资源，在开设风电基地方面需要新技术和科技的支撑。而大规模的风电场集中接入，对于区域电网来说是一种极大挑战，风电场接入方式以及其他因素是制约区域电网完善的关键。因此，有必要对风电场集中接入对区域电网的影响进行深入分析，采取科学合理的技术措施稳定电压。

一、风电场集中接入的相关介绍

1.1风电场运行特性及接入区域电网结构特点

风电场运行主要是通过风能来发电，与其他发电方式有很大的不同。首先，风电场的能量具有随机性、不可控制性和间歇性，不会以同样的力量来运行；其次，风能资源较为丰富的区域不会处于城市的负荷中心，一般来说位于区域的电网边缘，而电网结构较为薄弱的地带多在风电场接入系统处；另外，在所使用的发电机方面风电场多采用恒速风电机组或者根据实际情况选用变速机组，总之要适应风速的变化。

1.2影响风电场集中接入系统容量的主要因素

1.2.1区域电压负荷水平的高低

一般来说，该区域的负荷水平越高，区域电网的电压也就越低，反之越高。如果该区域的负荷水平高，电压水平低，那么系统的电压会随着风电场输出功率的增加从而降低，最后导致电压支撑不足而影响到风电的输出。

1.2.2风电场接入点的电压等级和系统短路容量

风电场在相同的负荷水平上通过不同的电压等级接入区域电网对该区域电网电压的影响差别极大。同时某区域网络能够承受风电扰动的能力大小取决于电网结构的紧密程度，表现出来的特征为风电场接入点的短路容量越小，造成该节点电压对于功率变化的敏感度增加，从而进一步使得风电功率扰动的承受能力也相应变差。

1.2.3所使用的风电机组的类型

在风电场模拟中不同的情况会选择相应的、不同的风电机组，一般有变速恒频风电机组和恒速恒频风电机组两种。恒速恒频机组在连接方面直接与电网相接，且其运行需要无功电源的支撑，这样就会增加电网负担，从而阻碍风电场装机容量的增加。而变速恒频风电机组在这些方面具有一定的优势，能够通过控制无功功率的能力，提高风电场装机容量。

二、风电场集中接入后的潮流分析（以某模拟风电场为例）

2.1风电场送出线路的传输能力

根据模拟中得出，在该风电场汇集站到1号变电站线型、线路长度等条件下，按照经济电流密度来考虑，该线路经济传输量在493MW---610MW之间，根据公式△U=负荷率*（PR-QX）/U，（其中P、Q为送电线路出口输送的有功功率、无功功率，R、X为电阻、电抗，U为实际运行电压），当线路传输有功功率达到182MW的时候，线路充电功率与消耗无功差值为0，。所以，在风电场的出力增大时，如果对无功补偿不及时进行，那么汇集站到1号变电站的线路就满足不了风电输出的要求。而当风电场的出力总值达到最高时，会严重超出按照经济电流密度计算得出的最大传输承载量，因此在实际情况中，要合理计算传输容量，将输电运行在其合理的负荷范围内进行。

2.2风电场对电网无功电压的影响

在风电场运行中，接入1号变电站的负荷量相比于经过汇集站接入的容量远远不足，当风电大发时所剩余的风电功率会通过另外的线路输送，导致区域电网中的无功损耗增大。为了维持区域的电网电压，每当风电场的出力增加时，若干个发电厂机组的无功出力都会明显增加，而为了满足接入汇集站的风电功率输送的要求，该区域的一些火电机组则需要供应足够的无功功率，以此来维持电压的稳定。此外，在维持风电场以及电网电压的稳定方面，为了进行适当的无功补偿，要将其分配至低压侧，即使这样还不能够达到需要，将风电场全部的补偿容量都加入后，其电压值也会产生明显的降低。其结果表示，不能够单纯的依靠增加风电场的补偿容量来维持整个区域的电网电压，为保证其电压质量，要充分考虑到无功调节的连续性以及速度。

三、风电场集中接入后的稳定性分析

3.1风电场集中接入对区域静态电压稳定性的影响

风电场大规模接入区域电网时，网内的节点电压会随着风电出力的变化而发生改变。以冬季大负荷的运行方式为前提，假设接入某变电站的风电场都没有安装补偿装置，而风电场出力从0开始直到满发，根据数据结果显示，在每个风电场运行的初期出力较小时，该风电场的高压侧母线的电压会随着出力的增加而增高，而且风电场内部和输送线路上的无功功率也会逐渐增加，剩余充电功率则会减少。分析结果显示，在风电场处于较低的出力状态时，在风电场内部安装适当容量的感性或者容性无功补偿装置，以此来抵消或者补偿风电输送中的充电功率，从而有效避免电网和风电场节点的电压过高或者过低的现象。

3.2风电场集中接入对区域暂态电压稳定性的影响

风电场集中接入对区域电压稳定性的影响的判断依据是根据系统受到的扰动程度，计算后中枢点的电压不低于额定的电压，且持续的时间不超过1秒。在这里主要分析某风电场在风电输出线路发生三相短路的情况时，对区域电压的暂态稳定性影响，经精确的分析，这种情况下受到的影响是最为严重的，当发生三相短路时，个别的母线电压会大幅度的跌落，通过及时的修护后会恢复到故障处理之前的水平。综合来看，当风电场在满发的情况下被切除，会造成输送容量减少、线路无功损耗减少，将出现故障的线路切除后，母线电压偏高，而通过装置的无功补偿进行调节后，电网电压会在较快的时间内恢复到合适的程度，这时系统就会保持暂态稳定。

四、风电场接入的一些其他注意事项

4.1在维持系统电压稳定性方面

风电场根据实际情况一般会处于电网的边缘地带，由于输出的线路比较长，风电场集中接入对系统电压产生的影响较大，为了补充在线路上的无功损耗，必须安装一定容量的无功补偿装置要求其能够满足风电功率输送的要求，维持电压的稳定性。而在发生三相短路的情况后，保护装置能够迅速切除故障线路，从而对维持系统电压的暂态稳定有极大的作用。

4.2在选择风电场接入方式方面

总的来说，不同的风电场接入方式对系统电网产生的影响是不同的，在电网设计人员进行规划时，要根据实际情况，综合考虑各方面要求来选择接入方式。当风电场处理稳定时，多采用分布式接入的方法，对电压的支撑能力较强；当风电场集中接入并网线路的参数相同的情况下，分布式的接入方法会降低线路的损耗程度；而当风电场受到各类风力的影响时，多采用集中接入方式，也就是本文中重点介绍的，这样能够保持电压的小幅度波动，抗扰动的能力比较强。

结语

在当今时代，新能源的开发和利用是每个国家关注的重点。风力发电技术是除了水力发电技术之外的又一项重要事业，大规模的风能资源在发电中所发挥出的重要作用得到了广泛的关注，而风电场的集中接入对于区域电网的影响是其中的一项重要研究课题，如何让风能在发电工作中持续的发挥出巨大的作用，需要各国技术者的大力考究。

参考文献：

[1]林绮雯，谢春瑰，聂宏展.风电场集中接入对地区电网电压稳定性影响研究[J].吉林电力，2011-08-25.

[2]刘文霞.大型风电场接入对区域电网暂态电压稳定影响的研究[D].华北电力大学，2013-03-01.

[3]高波.新能源接入对区域电网的影响分析[J].现代工业经济和信息化，2015-04-01.