风电接入对电力系统的影响及控制措施

风电接入对电力系统的影响及控制措施

摘要:现如今最成熟、经济效益最好的一种可再生能源发电技术是风力发电。由于能源的快速发展趋势及国家在政策上高度重视可再生能源发电,我国风力发电建设进入了高速发展阶段。我国风力资源比较丰富,但是也存在着难开发问题。比如适宜大规模开发风电的部分地区一般都在电网末端,因为此处电网网架结构比较简单薄弱,所以风电接入电网后,可能导致电网电能的质量降低、电网稳定性变差和继电保护遭到破坏等问题。因此本文对风力发电对电力系统损害和控制损害措施展开了以下探讨。

关键词:风电接入电力系统影响控制措施

目前,国际专家已经对风力发电技术的革新进行了深入研究。阐明了风电接入点往后,新兴技术可以减少对电网的损害;研究了风力发电的运行情况、稳定性和继电保护等;评价了国内不同外风力发电的优点和不足之处,其中对变速风电机组模型进行了高度评价。此文对某省级电网进行大规模风电接入规划的一部分研究成果进行介绍,提及风电场建模及风电机组、不同规模风电场对地区电网电压水平的影响、风电接入对电力系统短路容量及电力系统暂态稳定性的影响等,且对风电接入后出现的一系列不良后果提出了比较完善的解决方案。

1 模型和仿真系统

1.1 风力发电机组装置模型

如今,风力发电机组的单机容量越来越高,单位千瓦重量越来越轻,转换效率越来越高。DFIG是一种可以灵活变换转速,这使风能利用效率得到提高的风力发电机组,目前已成为风电场的主导机型。DFIG采用的控制技术可以分为恒功率因数控制与恒电压控制。可以说DFIG 的使用是风力发电技术的革新的重要体现。

1.2 风电场模型

此文主要是针对风电场接电网后,在哪些方面给电网造成损害的研究。因为目前所探究的风电场还没有建好,没有详细的内部资料,所以此文中的风电场用一台特定的风电机组模型代替,风电机组模型容量与电场一致。

1.3 仿真系统的应用

此文以我国某省一个即将大规模接入风力发电的地区电网为研究对象,这里的电网距主网的电气较远,网架结构不坚实。其地理位置接线、外围虚线所包含的电网为大规模接入风电的地区电网,策划装机容量为400 MW的大型风电场A升压至220 kV后直接接入节点1,线路1-2为风电场的送出线路;地区电网内的3、4、5节点分别从一次变的66 kV侧接入多个容量在50 MW以内的风电场。

2 电网静态电压稳定性及线路传输功率

2.1 风电场稳态运行时电网电压稳定性

在电力系统中接入大规模风电场时,导致电网电压不稳定的主要因素是无功功率是电场,然而本研究中使用的是类似DFIG的风电机组,其正常运行时功率因数不为零,不需要用到无功功率。只针对风电场A在电网中的影响,进行分析后计算,可得出一旦风力发电场磁生电的电量增加,电网电压先升高后降低。可以看出,一定电量的增大,有利于电网在输送点的过程中损失的减小;风力发电厂电量增大到一定程度后,电压水平就会开始降低。风电场电量在260 MW以上时,首节点电压值比平稳运行的电压最小值还小时,需要对电容器组进行并联,使电压有所提升。随着风电电量的增大,并网点电压会有越来越大的变化差异,微小的风电电量变化就能导致节点电压有所波动。这说明电场A的储备无功能力有所下降,电网的电压波动性程度增高。虽然类似DFIG的变速风电机组在电网不需要无功功率,但风电场电量达到一定程度时,增加其2级升压变装置的无功功率的损耗。因为风电场没有办法提供与需求相适应的无功,需从电网远距离向风电场输送无功,从而造成风电场接入地区电网的电压稳定性变差。

3 对电力系统稳定性的影响

3.1 对电网调频调峰的影响

大规模风力发电接入电网运行在多方面影响着电力系统。由于传统配电网中的功率方向总是由配电变压器流向用户,接入风电后,功率可能对变压器原有流向相反,这给电力系统的设计带来相当大的困难。因为风能是随机的,所以风电场接入给电网给带来不便。在风力

发电还没有达到一定转速速时,其功率与风速的立方有一定的关系。因为风能是不可预测的,所以风电的电量变化也在一定的范围内不可预知。比如图5中对甘肃电网接入3500 MW风电后进行的分析,风电功率的波动造成电网峰谷差变大,电网调峰变得复杂。在风力发电装机比重占全网比重较小的情况下,风电场不会对电网造成严重的影响,当然,如果风力发电场装机比重占全网比重较大时,风力发地点电场就会对电网造成一定的不利影响。

3.2 对稳态电压分布的影响

在稳态下,风电并网会使导致接有入点电压的一定程度的升高。针对所接入电网的广泛分布式发电并网,其护荷功率占所接入电网的功率的20％,就能降低线路的功率损耗,进而提高电压水平。综上所述,风力发电并入电网会改善系统的稳态电压分布状态。

3.3 对保护装置的影响

目前,风电系统中的装置保护,在风电系统中非常重要。为了减少电动机反复切割的损耗,若只要有风,保证电机组与电网相连;当风速在一定范围内变化时,风电机组可以对电动机进行一段短时间的转动,因此,配置风电场继电保护装置,要知道风电场与电网之间具有双向性功率流。异步发电机在近距离短路的状态下,不能进行供应连续的电流,在不对称故障时也只能供应有限的短路电流,所以,配置风电接入的配电网进行保护时,应综合思考如何根据有限的故障电流来检测故

障的发生,使保护装置准确而快速地动作。

4 结论

随着经济的飞速发展,电网接入风电的容量增加,大量风电功率的远距离输送会造成线路电压水平过度下降,增大风电场的无功需求和电网线路的无功损耗。当系统电压水平较低时,并联电容器的无功补偿量快速降低,会造成风电场对电网的无功需求上升,进而恶化电压水平,危急的情况下会导致电网电压瓦解。

大规模风电并网还能影响电网短路电流水平和电能质量,如果这些问题得不到有效的处理,不仅会影响用户的正常用电,而且降低了风能的有效利用率,进而制约风电技术的发展。

参考文献

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