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摘要：本节在仿真软件中建立哈密地区电网2015年的数据，含所有风电场光伏电站数据。将基于电力系统静态电压稳定分析方法，对新疆哈密地区风电场光伏电站静态电压稳定进行分析，并给出各风电场、光伏电站及风电汇集地区静态电压稳定极限。
关键词：大规模风电；光伏密集；静态电压
大规模风电或光伏电站密集型接入弱送端电网时，并网点电压随着风电场有功出力的增加逐渐降低，在风光发电出力较高时，将会出现局部电网无功电压灵敏度升高，有功功率裕度降低的现象，严重的时候将会引起电压达到静态稳定阈值，引起静态电压失稳，电压稳定程度和风电场、光伏电站无功输出以及电网强度有很强的关系。
一、风电和光伏电站密集型接入对弱送端电网静态电压稳定机理研究
由于风电机组、光伏逆变器都是通过对其PQ进行解耦控制实现无功电压的灵活可控，其逆变器在无功电压外特性表现上基本一致，因此本节机理研究中风电场和光伏电站的静态无功电压稳定机理基本一致。
大规模风光与特高压直流外送系统的静态电压稳定性，不仅仅与风电和光伏的特性有关，同时也与送端交流电网强度有密切关系。
三、风电和光伏密集型接入电网对于电网静态电压稳定影响的仿真分析
本节以三塘湖风区为例进行仿真分析，仿真中该风电场汇集系统总装机容量约为700兆瓦，12个风电场呈辐射状汇集到两个变电站后集中接入电网。
（1）PV曲线分析
本节主要通过绘制各风电场有功出力从0开始按照装机容量比例增加时的PV曲线来分析不同无功控制和配置对于大规模风光发电并网地区静态电压稳定性的影响。仿真时考虑以下不同方式的比较：
1）方式1，各风电场不考虑无功补偿时的情况。
2）方式2，各风电场中无功调节设备全部为并联电容器组，容量配置满足无功容量要求，分别考虑单组容量为4兆乏和10兆乏的情况。
3）方式3，各风电场中无功调节设备全部为SVC设备，且容量配置与方式2中相同。
1）方式1中，在风电场无补偿的状态下，风电场集群有功出力达到约372兆瓦时，各母线电压急剧下跌，达到失稳极限点；
2）方式2中，随着风电场集群范围内有功出力的逐渐增加，各风电场内的电容器组按照预设指令开始逐步进行调节，将会引起风电场集群范围内节点电压的频繁波动。特别是当集群风电出力接近系统运行极限的情况下，并联电容器的投入会导致风电机组机端电压发生剧烈波动。但是由于投入了额外的无功补偿容量，方式2与方式1相比能够提高风电场集群的静态电压稳定极限，风电场集群有功出力达到约500兆瓦时达到失稳极限点；
3）方式3中，各风电场升压站内的SVC由于具有平滑输出无功的能力，与方式1相比能在无功调节容量范围内维持受控母线电压恒定。但是当SVC达到无功调节上限时将无法维持并网地区的电压水平，其所能提供的无功功率与其端电压的平方成正比，将使得集群范围内风电场PCC和机端电压均急速下降。此外还可以看到，虽然方式2和方式3中风电场升压站内的无功调节设备容量相同，但是方式3相比于方式2能够大幅提高风电场集群的静态电压稳定极限。这是由于方式2中静态无功调节设备的每次动作都会引起设备接入点邻近母线电压水平的大幅变化，使得风电场集群范围内的电压分布不均衡。在有功增长过程中，一部分电压水平较高的风电场内的并联电容器组在尚未达到调节上限时风电场集群便已丧失静态电压稳定性。这意味着大量使用并联电容器组进行无功调节的风电场集群仅依靠各风电场站的就地无功调节方式无法充分利用其升压站内所配置的无功调节容量。在方式3下，风电场集群有功出力达到约543兆瓦时发生静态电压失稳。
（2）VQ曲线分析
为不考虑风电场无功补偿时整个麻黄沟风电汇集地区在不同有功出力情况下麻黄沟西220千伏的VQ曲线。从图中可以看到，当风电场集群有功出力较低时（如20%和40%），麻黄沟西220千伏母线都有很大的无功裕度。但是当风电出力达到装机容量的59%时，风电场集群达到静态电压稳定极限，麻黄沟西220千伏母线的无功裕度为0。这说明在目前风电场集群变电站和风电场没有无功配置的情况下，风电集群的风电出力不能超过当前总装机的59%，即约352兆瓦。
在极限运行点处不同无功配置方式下麻黄沟西220千伏母线的VQ曲线。可以看到，全部采用SVC设备进行无功补偿时能够较大幅度地提高麻黄沟西220千伏母线的无功裕度，即提高风电场集群区域的静态电压稳定极限，这与前一节PV曲线仿真的所得到结论是一致的。
结束语：
在有功功率输出相同的情况下，光伏电站（风电场）提供的无功支撑（Qw+Qc）电压与有功功率的灵敏度相关联性与成反比，与有功功率的裕度成正比，与地区电网电压的稳定性成正比。
在有功功率输出相同的情况下，电网强度与有功功率裕度成正比、与光伏电站（风电场）接入电网的电压-有功功率灵敏度成反比，最终与电网电压稳定性成正比。
参考文献：
[1]王旭阳.大规模光伏电站建模及外特性研究[D].北京交通大学. 2012.
论文作者:丁莉娜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
标签：电压论文; 风电场论文; 静态论文; 集群论文; 风电论文; 电网论文; 方式论文; 《电力设备》2017年第20期论文;