大规模风电接入对电网电压的影响

大规模风电接入对电网电压的影响

于彬

（南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司江苏省南京市211106）

摘要：近年来，风力发电在国内外都有广泛的应用，在一定程度上解决了能源短缺问题。开发新的清洁能源能够缓解能源短缺和环境污染等问题，近年来，世界各国大力发展清洁能源，实施可持续发展战略，取得较为显著的成效。在众多可再生能源中，风能的污染性最小，应用成本低，风力发电技术也较为成熟，在新能源发电领域得到了普遍应用。早期风力发电应用规模相对较小，对电网来说基本不会造成不良的影响，现在大规模风电接入，给电网带来许多问题，对这些问题进行分析研究具有很高的理论和实践价值。

关键词：大规模风电接入；电网电压；影响研究

近年来，科技的发展呈现出日新月异的态势，在这样的趋势之下，人们对于电力资源的需求也在不断地增加。但是，自然资源的有限性与人类需求的无限性是相互对立的，在人们对自然资源的不断索取的情况下，自然环境进一步恶化，自然资源也在不断的减少。面对着这样的情况，人们开始寻找新的资源，这时候，可再生能源走入了人们的视线，人们开始越发重视可再生能源的开发与利用。而风力发电正是目前人们已经掌握并开始运用的可再生能源中的重要的一个部分。近年来，我国在风力发电方面投入了大量的人力、物力与财力，同时也取得了显著的成果。相对十几年前而言，如今的风力发电场已经在整个发电行业中占据了相当一部分的比例，为我国的电力供应做出了显著的贡献。但是，由于风力发电很大程度上是取决于风力的大小，依靠自然环境进行发电，无法进行人为的控制。而就自然界而言，自然界的风力是不稳定的，因此，风力发电所产生的电力也是不稳定的，并且目前难以进行人为的控制与稳定。所以，大规模的风电接入对电网电压的稳定性具有极大的影响，使电网电压的稳定性大幅度的下降。

1.大规模风电并网对电网的主要影响

1.1潮流与网损

我国风资源丰富且又适合开发大规模风力发电的地区一般都处于电网末端，远离负荷中心。适量风电接入电网末端可以满足当地部分负荷，主网向该地区输送的功率降低，电压降落和网损都会有所减小，可以看作是对当地电网有益的补充。具体来讲，电网中的有功损耗会由于风电场的接入而改变，功率损耗的增加或减小与电网的结构、电网潮流、接入点位置以及风电场装机容量等因素有关。

1.2电能质量方面

风能具有很强的不确定性，这使得风力发电具有显著的波动性，对电网的电能质量产生影响，电压闪变和电压波动是最为主要的影响。导致电压闪变的几种主要因素有风电机组的启动、退出、发电机切换、风速的紊流、风机的塔影效应等。另外，风电接入点短路容量、网络阻抗角等因素，对电能质量也会带来极大的影响。

1.3电压方面

事实上，大规模风电场接入对于电网电压系统所造成的影响，取决于风电场的规模及其在电网系统中所占的比例大小。当它所占的比例较小的时候，它对于电网电压所造成的影响是不大的，甚至有一定的稳定作用，但是，当它所占的比例较大的时候，风电系统所产生的电力波动对于电网系统的影响将是巨大的，当风电设备发电波动较大时，甚至可能导致电网电压系统的一部分设备受到波及，无法正常进行工作。

1.4电网方面

异步电机缺少独立的励磁装置，而异步电机广泛用于风力发电机的制造，这就导致发电机在并网时会产生一个冲击电流，其电流强度可达额定电流的数倍，持续时间一般为零点几秒，之后发电机才能转入稳定状态。对于大容量的地区电网来说，在风力发电机组接入时，瞬时冲击电流不会对发电机及电网的运行造成明显的影响，但对于容量比较小的电网来说，其影响就比较突出，容易导致电网电压大幅度下降，进而对连接在同一电网上的其他电气设备产生影响。

2.影响风电接入容量的主要因素

电网接纳风电容量受到电网结构、负荷水平、联络线输送能力、网内常规机组最低出力以及系统备用容量的制约。这包括两方面的含义：①风电从较低的出力水平逐渐增加，常规机组需降低出力以满足网内发电和用电的功率平衡，此时机组的最低出力将成为限制风电出力的最主要条件。②风电从较高的出力水平降低到较低水平或停运，系统中的备用容量能否弥补由此引起的有功缺额。

风电接入电网后，不具有传统火电厂输出稳定、可调度的特性，对于电网而言，风电的出力波动更像一个负的负荷扰动。因此，电网中常规电源不仅需要为负荷波动留出足够备用，当有大量风电注入电网后，还需要考虑为风电场留出一定备用，以平衡风电场出力的变化。在风电场出力产生较大波动时，需调度电网内其他电厂改变出力水平以平衡风电出力的变化。特别是在负荷较低时，常规电厂机组已经调到较低出力，如果此时风电场出力大幅增加，那么常规机组能否进一步压出力让风电来带负荷决定了电网接纳风电的能力，也就是说常规机组在低谷负荷时的调峰能力是限制电网接纳风电能力的关键条件。

3.风电接入后系统无功补偿方案分析

3.1无功需求分析

电力系统无功功率平衡是指电力系统无功功率电源发出的无功功率与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。电力系统无功功率平衡是维持电力系统电压水平的重要条件。无功需求分析是无功补偿方案确定的前提，包括容性无功需求分析和感性无功需求分析。进行无功需求分析时，还应考虑以下原则:①电力系统在正常运行方式下，满足无功的分层分区平衡、就地补偿原则；②故障方式下，满足动态无功平衡和快速无功调节需求。

3.2无功补偿容量的确定

通常情况下，由于发电机的无功出力能够满足就地平衡的补偿要求，因此只需对变电站和负荷进行无功补偿，就能满足无功就地平衡的原则。变电站的无功补偿应包括输电线路和变压器的无功损耗。

4.提高电压稳定性的措施

大规模风电接入电网会改变电力系统的结构和特性，由此引发的各种问题将影响电力系统的安全运行，因此，应在对各种问题进行分析的基础上，采取合理措施保障电网的安全稳定运行。

4.1建立风电场并网仿真分析平台

电力系统仿真和分析是辅助电网运行决策的有效技术手段，可以针对不同类型的风机建立风电场的系统仿真模型，开展风电场动态特性建模及其响应特性研究、开展无功电压控制、有功频率控制以及低电压穿越能力等研究，开展风电场中气象要素对电网稳定性影响的研究及风电并网安全稳定性分析研究。

4.2安装动态无功补偿器

动态无功补偿器可以实现对无功功率的连续调整的大小，支撑电网的运行电压，提高电网运行过程的整体性能，避免过大的电压降落。考虑风电场的实际情况，可以在风电场出口母线的低压侧安装动态无功补偿器，对无功补偿量进行调节，达到提高接入点电压稳定性的目的，降低风电接入对电网电压的影响。

4.3安装储能装置

储能是提高有功功率输出可控性的一种有效手段，可考虑在风电场配置大规模的储能装置，利用风储互补优势，建立风储联合发电系统，使其发电功率输出相对平稳。同时，为了达到风电输出功率的平稳性，可以采用风电与常规能源火电捆绑发电的运营模式。

结语

风力发电的发展对推动我国可持续发展战略具有重要意义，而就目前而言，电网电压的稳定性还不足以承载风电的大规模推广使用。要进一步发展风电，还需要不断地改进与发展。

参考文献

[1]余洋,陈盈今,刘立卿.大规模风电接入对电网电压稳定性影响的研究[J].电力科学与工程,2010,26(04):1-4.

[2]许晓艳，马烁，黄越辉，常喜强.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.