大规模风电接入对电网电压稳定性的影响研究

2012年第11卷第3期
大规模风电接入对电网电压稳定性的影响研究□郭占杰
【摘要】近几年，我国风力发电非常迅速，已经被纳入我国的可持续发展战略之中。

然而大规模风电接入会对电力系统的运行产生非常不利的影响，因此研究大规模风电接入对电网电压稳定性影响具有重要意义。

本文首先指出了影响电网电压稳定的主要因素有负荷特性、风电场并网点的强弱程度和风电机组特性，然后分析了影响了电力系统稳定性的因素，最后提出了提高电压稳定性的措施。

【关键词】风电接入；风电机组；电压稳定
【作者单位】郭占杰，北方工程设计研究院有限公司
一、引言
近几年，我国对可再生能源的重视程度越来越大，政府的支持力度也逐渐加大，利用风力和水利等可再生能源发电得到了快速的发展，其中风力发电的规模和发展速度更是独占鳌头。

以前风电场装机容量所占整个电网的容量的比例非常小，基本可以忽视对电网整体稳定性的影响。

然而现在大规模的风电开始接入，风电场已经占据电网很大一部分，对电网稳定性产生了极大的影响。

电网末端通常是风电机组接入的地方，被称为受端电力系统。

一定量的风电接入以后，地区内部分负荷可以被消除，起到优化本地局部电网结构、降低电网损失的目的，有利于改善当地的电压水平。

但是当出现风电场装机容量大和风电场出力高问题时，风电场的无功需求将增大，进而输电线路的无功损耗也将变大，而且电网的无功不足会使电压降低，电压稳定性变差。

二、引发系统电压崩溃风险的因素
风电机组对于电压的变化非常灵敏，所有风机都安装有低电压保护器，当风电机组的机端电压比0．9p．u低时，风机将自动停止，不能运行。

因此，当系统受到外界干扰时，风电机组将处于低电压保护状态，风电机组将使系统的电压稳定性变差，最终可能导致系统电压崩溃。

大规模风电接入后，引发系统电压崩溃风险主要有以下几个因素。

（一）负荷特性。

在电力系统中，负荷类型繁多，特性也各不相同。

电力系统在进行静态仿真时，负荷可以分为恒电
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四、结语
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【参考文献】
1.George Reese，Cloud Application Architectures，O＇Reilly，2009，10
2.吴朱华.云计算核心技术剖析［M］.北京：人民邮电出版社，2011，5，第1版
2012年第11卷第3期
流负荷、恒阻抗负荷和恒功率负荷。

在对电压稳定性影响方
面，恒功率负荷影响最大，恒电流负荷第二，恒阻抗负荷最
小。

现在各国学者致力于研究电压稳定分析进行的长过程
仿真，各种负荷的特性就显得非常重要，上述分类无法满足
要求，需要对负荷特性进行建模。

（二）风电场并网点的强弱程度。

大规模风电接入电力
系统时，并网点的强度与并网风电场的容量成正比关系，并
网点电气强度随着并网风电场的容量的增大而增大。

一般
情况下，如式（1）所示，短路容量百分比可以用来表示并网点
接入风电的程度，即风电场装机容量占并网点短路容量的比
例，如果电网结构不同，那么控制要求也不一样，短路容量和
百分比的控制也会不同，通常情况下，短路百分比一般比
10%要高
r（%）=S
wind
S
AC
ˑ100%（1）
其中，S wind表示风电场容量；S AC表示并网点容量。

（三）风电机组的特性。

如今，风电机组的类型繁多，根据不同的划分标准，可以分为定桨距和变桨距风机，恒速风机和变速风机，异步风机和同步风机。

理想的风机不经常出现问题，所以维修量就小。

在运行时根据风速大小，速度变化非常快，而且有功功率和无功功率联合控制可以实现，电压调节能力较强。

风机的一个重要特性是具有较强的低电压穿越能力，大规模风电接入以后，这种穿越能力将对电网稳定产生极大的影响。

风机的低电压穿越能力指的是风机在遇到瞬间低电压时，风机与电网继续保持连接的能力。

三、对电力系统稳定性的影响
（一）对稳态电压分布的影响。

接入点的稳态电压上升是稳态状况下风电并网的一个显著特征。

并入电网大多是大规模分布式发电状况，当注入电网的功率比接入电网的整体负荷功率小，由于线路上的电阻而损失的功率就会减小，这样电压就会升高，总的来说风力发电接入电网对系统的稳态电压分布状态有改善作用，由于风力发电机的类型不同、接入电网位置不同、风电场的容量的不同其改善作用存在差别，如果使用不当会导致电压不稳。

有学者研究表明，负荷特性极限功率随着风电场的有功出力增大而增大，静态电压稳定性变强；然而负荷特性的极限功率则随着风电场的无功需求减少而减小，静态电压稳定性则变弱，如果系统的无功供给充足，那么风电场的并网可以改善系统的静态电压稳定性。

（二）风电机组低电压穿越能力问题。

风电装机容量在电力系统所占的百分数比较大时，如果电力系统发生故障，电压就会跌落，系统运行的稳定性会受到风电场切除的严重影响，这就是所谓的低电压穿越能力。

因此，风电机组所拥有的电压穿越能力必须足够低，这样可以确保系统一旦发生故障，风电机组运行不会间断。

如果电网中风电占得比例很小，电网一旦发生故障，风机就会立即处于自我保护状态。

发生故障的时间以及损坏的程度也不用担心。

然而，如果电网中风电占得比例很大，电网一旦发生故障，风机是处于被动保护方式，整个系统的恢复也比较困难，处理不当还可能发生更坏的情况。

四、提高电压稳定性的措施
我们分析了大规模风电接入对电力系统的电压稳定性的影响，发现风电接入电网会对电压稳定性产生影响，安全稳定问题不能得到保证。

针对以上问题我们提出了一些提高电网安全稳定性的措施和建议。

（一）加强风电接入地区电网的二级电压控制。

当大规模风电接入地区电网，电压会随着风功率出力产生的波动比较大，无功功率在枢纽节点需要得到很大的补偿。

我们认为在大规模风电接入的地区电网二级电压控制设备，从而可以使该地区的无功功率得到有效分配，地区电网结构得到优化，电网电压的稳定性也会增强。

因为大多风电场本身具有很强的无功电压的调节能力，风电场无功调节能力应该得到有效的利用，这样地区二级电压控制过程会比较容易实现，其他无功功率源也要充分利用，电网的AVC协调机制就可以建立起来。

（二）提高风电场的电压穿越能力。

一旦外界干扰，电网出现故障，系统的电压就会立即变小，有可能导致功率不足。

如果风电场没有任何控制装置，当电网出现故障，风电场则处于暂稳控制状态，整个风电场所造成的损失会非常大，这相当于在风电场暂态状态下电网受到了新的冲击，会严重影响电网电压稳定性。

对电网电压的影响程度随着风电场容量的增大而增大，因此，我们必须采取有效的措施对风电场的容量进行控制。

在电网发生故障时，提高风电场的电压穿越能力可以在一定范围内保持并网运行向电网提供无功功率，从而提高电网电压的稳定性。

五、结语
大规模风电接入会对电网电压的稳定性产生一定的影响，在大规模风电接入前我们应考察接入地区的风电机组特性，摸清风电接入地区电网的情况，有针对性对风电接入方案进行设计。

当有的地区的电网较薄弱时，我们应该因地制宜对一些配套设施进行建设来增强电网电压的稳定性以及风电场接入的经济性。

【参考文献】
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