风电场并网相关问题探讨

风电场并网相关问题探讨

王玉凯聂彤云崔伟国

（国网山东省电力公司滨州供电公司山东滨州256600）

摘要：风电是一种可再生能源，也是一种清洁能源。是目前可再生能源中，开发利用水平最高、最具规模的发电方式之一。随着风电场的不断大规模建设，风电场并网对公用电网的影响越来越凸显，由于风力发电具有间歇性的特点，会对电力系统的电压和频率产生影响。因此对风电场并网后给电力系统带来的影响进行研究，对相关问题进行总结梳理，为后续风电场的并网提出解决措施，避免或者减小风电场并网后对电力系统的影响，保证电网的可靠稳定运行。

关键词：风电场；并网；电压；频率

前言

从能量转化的角度看，风力发电实际上就是就是将风的动能，通过风力发电设施转化为机械能，然后通过机械连接装置带动发电机组发电，将机械能最终转化为电能。风力发电机组由很多种，按照发电机类型可以分为两类，即异步型发电机和同步型发电机。

从目前的风力开发情况看，风电场大部分位于地广人稀地区，距离负荷中心较远。这样就造成风电场发出的电能，无法就近进行消纳，或者消纳的部分很少，大部分的电能需要通过输电线路外送，通过公用电网上网。风电场并网后，会对系统电能质量产生影响，会向电网注入谐波，同时并网点和周边地区用户电压会出现波动，对系统产生消极影响。

一、风电场并网对电力系统的影响

风电场并网后会对电力系统电能质量产生影响，并网后引起电压波动和闪变，风力发电机组在运行过程中会产生部分谐波，并注入到电网中，引起电压质量降低。风力发电由于具有间歇性的特点，其机组出力较火电机组不稳定，在负荷高峰时期风力发电机组出力可能达不到满发或者出力很小，而在负荷低谷时期，风力发电可能达到满发，这样就会给电力系统调度部门的运行调度增加难度，电网也需要根据风电场容量准备相应的备用电源和调峰容量，大大降低了电网的运行效率。同时风电场并网也可能会影响并网地区电网的系统稳定性，如果并网地区电网网架薄弱，没有形成坚强的网架结构，风电场的并网可能会降低系统抵抗电网震荡的阻尼作用，也就降低了系统稳定性。在电力系统中，无功功率影响电压。风电场作为由大量发电机组组成的发电系统，其无功调节问题也非常突出。

二、风电场并网电压等级选择

对于大规模的风电场接入电网，首先要考虑的就是并网电压等级选取问题。在风电场设计阶段，应该根据风电场装机容量的大小，以及并网点附近电网网架情况，输电线路距离远近等因素进行综合考虑。如果并网地区网架结构坚强，各电压等级变电站配置齐全，选择余地较大。如果风电场距离220千伏变电站较近，应优先考虑通过220千伏变电站并网，因为220千伏变电站一般是地区配电网的电源点，变电站的主变容量一般配置两台240兆伏安主变，远期一般按照三台240兆伏安主变进行配置，其变电容量充足，能够较好的满足并网需求。此时可以通过35千伏线路直接接入220千伏变电站，这也是最经济的接入方式，如果风电场容量很多，则考虑通过110千伏专线接入220千伏变电站，在风电场接入设计时要与电力企业进行充分沟通，最好能够结合公用电网规划，同步实施或者做好预留，以节约线路走廊，减少土地占用。如果风电场并网地区网架较为薄弱，可以采用T接的方式，通过35千伏线路T接到公用线路上，此时风电场的外送容量受T接线路导线截面以及并网变电站容量影响，可能存在受限问题。风电场接入公用电网，要充分做好相关技术措施，以保证风电场自身的安全稳定需求并满足电网企业相关规定。

三、加强风电场并网无功补偿

电力系统中，无功功率会影响系统电压，有功功率会影响系统频率。功率因数越大，系统有功功率越大，电网的运行效率越高。因此，为保证电力系统的高效稳定运行，应尽量避免无功功率的流动，并实时对系统无功功率进行补偿，以满足用户对电压质量的要求。风电场应着重加强无功功率管理，加强风电场无功功率补偿措施，使无功配置合理。风电场一般可以采用场内集中补偿方式和单个风机自身无功控制两种方式，两种方式结合使用，无功补偿的效果更好。从现阶段的风电场实际运行经验看，如果仅仅依靠风机自身产生的无功电源，风电场的无功补偿容量达不到补偿要求，风电场需要从公用电网吸收无功，会造成无功的流动和无功的不足，不能满足系统电压调节的需要。一般需要在风电场中集中安装适当容量的无功补偿装置，特别要注意的是无功补偿的容量应与风电场的装机容量相匹配，无功补偿容量过高也会对电网造成不利影响。无功补偿装置可以采用投切的电容器组或者采用静止无功补偿器以及静止同步补偿器。

四、提高风电场低电压穿越能力

随着风电场装机规模的不断扩大以及风电场并网数量的增多，在电网故障引起并网点电压跌落时，将风电场切出的策略不再合适，风电场应具有保持不脱网连续保持运行的能力，或者还能够为电网提供一定的无功功率帮助电网恢复稳定，直至电网恢复到故障前的安全水平，这就是风电场的低电压穿越能力，其实质就是帮助电网穿越低电压时间的能力。

电力系统发生故障时，风机不脱网运行，其提供的有功和无功有利于维持系统电压，帮助系统从故障中快速恢复。我国对风电场的低电压穿越能力也有相关标准，要求当电力系统发生故障时，保证风机不脱网运行625ms的能力，同时要求风电场的故障时最低电压取20%，因此风电企业应该加强风电场的低电压穿越能力，以此保证电网安全稳定运行。

结语：

风电作为一种清洁能源，一直是国家鼓励发展的新的能源领域，有很大的发展前景。伴随着风电场的不断增加，给社会带了了优质的清洁能源，取的了很好的社会效益和环境效益。如何解决风电场并网带来的一系列的问题，是发展风电不可回避的问题。在风电并网方案设计过程中，需要持续加强方案合理性的论证，应用新技术来解决存在的问题，以此保证风电场和电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1]丁毓山、雷振山.中小型变电所使用设计手册[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[2]傅知兰主编.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京：中国电力出版社，2004.