风电并网对海南电网系统稳态影响的研究

风电并网对海南电网系统稳态影响的研究

祁永福戴扬宇陈煌

(海南电网电力调度控制中心海南海口570203)

摘要：随着风电渗透率的增大，大规模风电并网可能使得电力系统原有的电压稳定性发生变化。本文基于DIgSILENT软件，构建海南实际电网仿真模型，应用P-V、V-Q曲线的静态电压稳定分析方法，研究风电渗透率不断增加的情况下，风电并网对系统稳态安全稳定的影响，所得结论为海南电网风电建设提供参考。

关键词：渗透率；风电并网；静态电压稳定

1引言

我国风能资源比较丰富的地区距离负荷中心较远，网架结构较为薄弱，就地并网可能导致系统电压下降、功率越限、系统稳定性发生变化等一系列问题[1]。鉴于风电和电网建设不同步，地区负荷较低，可调节电源较少等原因，导致市场消纳能力较弱、风电并网困难，“弃风”现象突出[2]。因此需要深入研究大规模风电接入对电网的影响，以及电网与风电出力的相互作用[3-4]。

本文基于海南2016年运行网架，用P-V，V-Q曲线的静态电压稳定潮流分析方法研究风电渗透率不断增加的情况下，风电并网对系统稳态安全稳定的影响。

22016年海南风电厂概况

截止2016年底，海南电网中调直调主要有五个大风电厂，分别为：文昌风电厂、峨蔓风电厂、感城风电厂、四更风电厂、高排风电厂，总装机容量为294MW，占整个海南电网电源比重的6.78%，低谷时段风电满发时占统调负荷比例高达到15%。

针对2016年孤网枯大典型运行方式进行系统潮流及无功电压、网损分析，可得到如下结论：

1、分析文昌、感城、峨蔓、四更、高排风电厂在枯大方式下的无功及电压，得出如下结论：

（1）各风电厂的无功补偿装置基本能补偿各风电厂自身及输送功率需要的无功功率，起到了支撑风电厂自身电压的作用；

（2）由于风电厂分布在海南电网的东部和西部，无功功率都有盈余，风电厂出力范围内电压变化较小，因此现阶段风电厂的无功补偿装置宜采用恒功率因数的控制策略，保证电网和风电厂无功交换功率最小。

2、分析了文昌风电厂、西部风电厂、全部风电厂出力变化时对整个电网的电压、网损、线路潮流的影响，全网电压在风电厂出力变化时都能维持在正常范围内；网损随着由风电厂出力变化引起西电东送潮流的变化而变化。

3、在海南东部电网接入适量风电可以消纳部分负荷，对于现有电网潮流分布起到优化平衡、减小网损、提高电压质量的作用。但是西部风电厂的接入容量较大，风电厂出力的增加可能导致220kV罗带变电站主变功率倒送，致使系统潮流方向发生改变。风电对于电网的不利影响会随着装机容量的增加而加剧。风电厂的建设需考虑电网常规电源的分布情况。风电厂的位置应相对分散，且出力应尽量保证就地消纳，不对电网潮流产生较大影响。

3风电渗透率不断增加对海南电网的影响

（1）P-V曲线的应用

基于电压稳定机理的基本静态电压稳定分析工具P-V曲线能够形象的、连续的显示随着负荷的增加，系统电压降低乃至崩溃的过程[5]。

P-V曲线需要不断的变化风机的出力来研究风力发电在不同的出力水平下的对系统的影响，即用不同的并网台数来表征不同的风电渗透率。利用DIgSILENT时域仿真软件，计算经四更并网的风电场对该点的电压稳定性的影响。

1）不同风电渗透率对应的四更节点P-V曲线

随着接入风机台数的增加，电压稳定裕度逐渐减小，而有功极限却先随风电出力的增大而增大，当加入100台风机，及风电出力为145MW时，有功极限快速下降。当加到197台风机，风机出力为285.65MW时，有功极限仅为110.4MW，电压稳定裕度最差。

2）改变传输容量后四更节点的P-V曲线

当风电渗透率增大时增加负荷会造成线路及变压器过载的风险，下文通过对负荷附近线路的传输极限的不断改变，分析其对P-V曲线的影响。通过增加与四更节点连接的线路的条数及变压器的容量，可得传输功率增大后的P-V曲线对应的电压稳定临界点。取并网风机为120台的数据为样本，对四更附近的新北、罗带(1)、板桥进行分析，与并网点上游的传输线路条数及变压器容量均增大一倍情况对比表明传输功率增大后，风电并网点的P-V曲线对应的电压稳定极限有较大提高，该现象说明有功的极限传输率对系统静态电压稳定性着重要影响。通过增大传输容量的限制之后，极限接入容量也会改变。

（2）V-Q曲线的应用

V-Q曲线表示关键母线电压与该母线无功功率之间的关系，能够反映母线的无功裕度，也可以了解到电压稳定特性和无功补偿要求。

从接入0台风机到接入最大风机台数，可得相应四更节点的V-Q曲线的数据。风机以单位功率因数运行，不断增大并网点的风机台数，当风电渗透率不断增大时，无功裕度不断减小；而当并网风机台数由30到50台时，以及由100到120台时，最低点电压有不同程度的降低，这是由于增加主变容量所致。当风电渗透率不断增大，系统的临界电压值增高，系统稳定性变差，这与P-V曲线得出结论相符。当接入197台风机时，V-Q曲线与0轴相切，其为四更节点可以接入的最大风机台数。当接入198台风机时，系统的潮流不收敛，V-Q曲线与潮流计算的结果相一致。通过仿真可以看出，对于并网点四更而言，P-V与V-Q曲线得出的结论一致，即风电的最大的并网功率为285.65MW。

4结论与展望

本文利用P-V，V-Q曲线的静态电压分析方法对2016年海南电网运行规划的风电接入的静态电压特性进行分析，得到以下结论：

（1）当风电渗透率不断增加时，系统的稳定裕度没有得到显著改善，电压稳定极限逐步减小，功率极限先增大后减小；

（2）在风电渗透率较小时，风电出力对系统稳定裕度的影响较小，在风电高渗透率下继续增加风电容量会使系统稳定裕度迅速下降。

（3）由于P-V曲线不能体现风电出力波动性的特点，可以建立不同风机出力水平下系统电压安全稳定运行区域，利用该区域研究结论来指导风电场的运行；同时可以根据电压稳定裕度来确定某点的最大的风机并网容量。

本文所得结论为海南电网风电建设提供参考。

参考文献

[1]马昕霞，宁明中，李永光.风力发电并网技术及其对电能质量的影响[J].上海电力学院学报，2006，22(3):283~286.

[2]李俊峰.中国风电发展报告2012[M].北京：中国环境科学出版社，2012.

[3]郭健.大规模风电并入电网对电力系统的影响[J].电气自动化，2010，41(3):47~50.

[4]汤涌.电力系统电压稳定性分析[M].北京：科学出版社，2011.

[5]郭威.含高渗透率风电的电力系统的电压稳定性研究[D].华北电力大学，2014.

作者简介

祁永福(1985-)，男，海南万宁人，工程师，硕士，从事电网调度运行工作（Email：qiyongfu111@163.cn）；

戴扬宇(1991-)，通信作者，男，海南儋州人，助理工程师，硕士，从事电网调度运行工作（Email：daiyangyu@foxmail.com）；

陈煌(1975-)，男，海南海口人，工程师，学士，从事电力系统调度运行方面工作（Email：chenhuang@hn.csg.cn）。