江苏南自通华电力自动化股份有限公司 江苏南京 210000
摘要：随着风电渗透率的逐渐增加,风电场输出功率的随机波动性越明显,这种不稳定的功率注入电网后会影响电网的电能质量,进而引起电压波动。大规模风电机组直接并网给电网的安全稳定运行带来了不利的影响,甚至引发电网崩溃现象。基于此，文章探讨分析了大规模风电并网无功电压运行风险及应对措施，以供参考。
关键词：大规模风电；并网无功电压；运行风险；应对措施
1引言
随着风电场的出现以及装机容量的不断増大,大型风电场和混合发电系统己经成为风力发电发展的重要标志。由于输出风功率的随机性和间歇性特点,风电并网会影响电网的电能质量ti7i。当系统发生扰动导致机端电压过低时,减弱了系统的电压稳定，甚至引发电压崩。
2大规模风电并网动态无功电压运行风险
2.1风速快速变化、风电脱网下动态无功电压风险
2.1.1风速快速变化下的风险
当风速大幅、快速波动时，风电出力也发生较大变化，给电网无功电压带来较大冲击。与上述静态无功电压分析不一样，需进一步模拟风速转化为风电出力，分析动态无功电压的运行风险。
ＰSＤ－ＢＰＡ平台，仿真模拟阵风数据，阵风启动时间为1S，阵风作用时间18S，阵风最大值12ｍ•S－1，阵风作用于50ＭＷ风电场，在风速作用下，风电场出力变化如图1所示。
风电出力在0S时约为0，在风速作用下，风电出力按照上述曲线快速增大，在12S左右达到约额定最大出力50ＭＷ。随着风速强度逐渐减弱，风电出力不断递减，在19S左右风电出力降至0ＭＷ。按此波动规律，仿真模拟风电出力快速波动变化下的电网动态无功电压波动。
①随着风速变化，电站5、6的500KV母线电压由初始的0.965p.u.最低降至0.95p.u.，波动幅度较小，电压幅值在合理范围内；②风电汇集站的的220KV母线电压波动较大，在12S左右风速变化到最大值时，电压降低到最低值，汇集站ｗａ的220KV母线电压由初始的0.972p.u.降低至0.885p.u.；ｗｃ站的220KV母线电压由初始的0.965p.u.降低至0.86p.u.；ｗｅ站的220KV母线电压由初始的0.96p.u.降低至0.93p.u.，且ｗａ、ｗｃ站的220KV母线电压最低值都小于0.9p.u.。风电机组通过电力电子系统并网，出于保护电力电子设备安全角度，风电机组故障穿越能力不足，扰动后发生规模化脱网风险加大。因系统扰动，风电发生50％装机容量的大规模脱网，即脱网容量达5 000ＭＷ，仿真分析此场景下系统的无功电压运行特性。
对于仿真结果（1），风电脱网改变电网潮流分布，由于风电大多是分散式接入，风电电力优先为当地负荷供电，鉴于分区电网接入风电较多，从总体来看，风电电力基本能满足负荷供电需求，脱网造成5 000ＭＷ的功率缺额，500KV网架层面潮流重新分布，并穿越500／220KV主变来补充功率缺额，满足负荷的供电，给负荷供电的等效电气距离变长，因此拉低500KV母线电压。从（1）、（2）两种情况来综合分析，平稳后的母线电压幅值尚都在合理范围内。因此，根据脱网情况，要密切关注相关的无功电压问题。
2.2风电场动态无功补偿对风险的影响分析
由于风速短时间内快速、高幅波动，风电出力也发生相应的变化，此变化对电网造成的冲击难以由机械投切的无功补偿装置进行及时的跟踪调控，风电场需配置ｍS级动作时间常数的动态无功补偿装置，如SVC、SＶＧ等，可响应风速的快速波动变化，及时有效地提供动态无功的支撑，减少风速变化对电网动态无功电压的冲击，降低运行风险。图8给出动态无功补偿装置SVC的模型结构与参数，相关结构、参数采用典型模型，控制策略是在自身容性、感性无功范围内，将风电场升压变的高压母线控制为设定值。每个风电场配置SVC，感性、容性容量仍为装机容量的24％。在风速最大时，SVC响应母线电压的降低，输出动态容性无功。SVC控制后母线电压低值一定程度得到改善，其中风电并网点的220KV母线改善程度相对于省网500KV母线更大一些，ｗｃ电站220KV母线电压由0.86p.u.增大至0.93p.u.，电压风险降低。
3 大规模风电并网无功电压运行风险应对措施
3.1强化故障穿越等涉网性能
从上述风电规模化脱网下的动态无功电压风险分析可知，当风电大规模脱网，网络潮流发生大范围改变，无功分布发生变化，母线电压也随之发生波动，无功电压运行风险增大。风电规模化脱网主要是风电的故障穿越能力不足，当系统发生扰动时，风电机组出于保护电力电子设备安全等原因脱网，对系统造成冲击，应强化风电机组故障穿越性能，提升风电场并网可靠性、减小脱网对系统安全稳定的影响。
3.2大规模风电接入后无功电压控制思路
基于上述不同扰动模式的仿真结果，在风电出力波动频率相对较小的情况下，通过风电场固定的无功补偿的动作与调整，保证电网与风电场的无功功率平衡，可消除静态无功电压运行风险。在风电出力波动频率较大的情况下，如大规模脱网、风速快速变化等，需要风电场内部的SVC等动态无功补偿设备以及风电机组自身的补偿设备，以风电场母线电压为主要控制目标，进行快速的跟踪调整，消除动态无功电压风险。根据区域电网ＡＶＣ控制系统的控制策略与控制目标，风电场无功补偿设备主要参与风电场所属分区电网的静态无功电压运行控制，实现电网无功电压的区域协调控制，满足电网和风电场的稳态运行要求。风电场动态无功补偿装置主要以控制风电场出力快速波动时的动态无功电压波动，满足动态无功电压控制要求。
结束语：
综上所述，随着风电场容量的増大，风力发电对电力系统的影响也越显著，大规模风电场的接入电网，会严重影响电网的经济安全稳定运行和电能质量，这是制约风力发电技术发展的最大因素。为了保证电力系统供电的可靠性和电网的安全稳定运行，必须对供电系统进斤有效的调控与调度。因此，进行风电场并网系统稳定运行方面的研究，对于我国风力发电技术产业的发展和电网系统的安全稳定运行具有重大意义。
参考文献：
[1]阿瑟劳斯•泽尔沃斯，王艳.全球风电发展现状及展望.中国能源，2008，30(4):23-28
[2]中国天气网.全国风能资源评估工作取得新进展.http://cwera.cma.gov.cn，2014-12-04.
论文作者:黄庆利
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/28
标签：电压论文; 风电论文; 母线论文; 电网论文; 风速论文; 风电场论文; 风险论文; 《基层建设》2016年36期论文;