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摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风力发电越来越多。如何减少风电场大规模并网对电网的影响，保证电网和风电场的安全运行，是接入系统设计时重点考虑的问题。本文介绍了风电机组的电压无功特性，阐述了风电并网各环节的电压无功控制问题，以及风电机组的低电压穿越要求及无功补偿装置的类别及发展过程。
关键词：风力发电；风电场；电压；无功功率；无功控制
我国风能资源丰富，近几年，风电产业发展迅猛，随着大规模风电场接入电力系统，给电力系统安全稳定运行带来了隐患。另外，受变速风力发电机组变流器并网控制技术限制，大规模风电场并网发展遭遇瓶颈。风电场因不具备低电压穿越能力而造成脱网事故时有发生，电网安全稳定运行对风电场无功调节能力、电压控制能力、低电压穿越能力提出了新的要求。
1风电机组的电压无功特性
风电场风速扰动（如阵风和渐变风）除引起风电功率的波动外，还将导致电网电压的波动。波动的幅度与风电功率大小、风电场分布和变化特性、风电机组的型式、无功补偿配置以及无功控制策略等有关。随着风机有功出力的变化，无功需求也在变化，当风机本身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时，就需从电网吸收无功，特别是异步发电机在启动及故障时吸收大量无功，运行时吸收无功功率建立激磁磁场。输出功率受风速影响大，影响电压稳定。
2风电场的电压无功控制
2.1风电场无功协调控制策略
若不考虑无功调整，风电场根据其自身运行特性，在大负荷和小负荷时，对外表现的无功特性不同，小负荷时，考虑风电场内部电缆对地电容产生的容性无功，风电场相关设备产生的感性无功消耗比较，整体对外表现为容性无功，即相当于无功电源向系统发出无功;大负荷时，风电场内设备满载运行，消耗感性无功大于容性无功，整体对外表现为感性无功，即相当于无功负荷从系统吸收无功，此时可能会使风电场出口母线及内部节点的电压降低。风速的不断变化，将导致风电场运行状态的不断变化，其无功需求会对接入的电网产生一定影响，本文提出一种综合利用风电场集中无功补偿装置和风力发电机自身无功调节能力的协调控制策略，该策略的控制目标是使风电场在不同运行状况下与接入电网的无功功率交换近似为零，在电网需要无功支撑时，也可以使风电场向电网输出一定的无功功率。
2.2无功补偿装置
双馈风机定子侧突然失压，吸收的无功增加，造成风电场周围电网无功缺失，导致风电接入点附近地区暂态电压进一步降低，如果此时风电机组从电网退出运行，对于风力发电机组占有较大比重的系统，这种保护措施将会进一步加剧故障，使得电网的恢复难度增加，可能造成整个电网的解列。因此，要求风电机组在电网发生故障，风电场母线电压下降到较低水平时，仍能不脱网运行，即具有低电压穿越(LVRT)能力。针对此问题，提出改善其暂态稳定的措施:1)采用撬棒保护提高其低电压穿越能力，增加系统暂态稳定性;2)在风场出口集中安装无功补偿装置，保证风电机组的正常运行。
2.3风力发电接入电网对电网电压无功控制的要求
1）电网电压必须大于某一最低数值，以保证电网静态和暂态的运行稳定性，以及变压器带负荷调压分接头的运行范围；2）正常情况下，电网必须具有规定的无功功率储备，以保证事故后的电网电压不低于规定的数值，防止出现电压崩溃事故和同步稳定破坏；3）保证电网电压低于规定的最大数值，以适应电力设备的绝缘水平和避免变压器过饱和，并向用户提供合理的最高水平电压。
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2.4风电场电压分层控制方法
针对风电场的组成单元变速恒频风电机组(双馈异步风电机组和直驱永磁同步风电机组)具有动态无功调节能力，提出一种电压/无功分层分区控制策略。该控制策略根据风电场远端并网节点母线电压与参考值的偏差，计算得到整个风电场的无功功率需求，并按敏感度分配给各台风电机组，作为其无功功率控制目标参考值。参考值的实时整定过程考虑了风电场无功功率输出约束和功率因数约束。
2.4风力发电接入电网对并网点电压无功控制的要求
1）在风电机组发电时，风电场升压变电站高压侧不应从系统吸收无功功率；2）当风电场并网点的电压偏差在-10~10%之间时，风电场应能正常运行；3）风电场变电站高压侧母线电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%，一般应控制在额定电压的-3~7%；4）风电场应配置无功电压控制系统，根据电网调度部门指令实现对并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电网电压调节的要求。
3风力发电机组低电压穿越能力
为了应对大规模风电的接入，确保风电接入后的电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性，除了加强相应的电网建设、增加电网的调控手段，并不断改善整个电力系统的电源结构外，还需要对风电场接入电力系统的技术要求做出相应的规定，以期不断提高风电机组和风电场运行特性，降低大规模风电接入对电网带来的不利影响。目前欧洲和北美的一些电力协会或电网公司都制订了风电并网的技术导则、标准等。但是，鉴于不同电力系统的特性相差较大，同时风力发电技术发展十分迅速，因此，很难在全世界范围内制定出一个比较统一的风电场接入电力系统的技术规定。并且，随着风电机组单机容量的增大和风电装机在电力装机中所占比例的增加，现有的风电场接入电力系统的一些技术性文件都还需要根据实际情况的变化进行不断的修改和完善。空载试验是指低电压穿越设备在风机启动且不并网发电状态下的电压跌落测试，该试验为带载试验的基础，不同电压跌落不同故障类型的带载跌落试验必须做一次空载试验。在带载试验正式进行前，需要做对应的空载试验，以检查设备的可靠性和准确性。
对于低电压穿越测试抽检测试，只测试电压跌落期间的残余电压值为20% U110测试风电机组分别在小功率输出((O.1Pn<P}0.3Pn)和大功率输出(P}0.9Pn)两种工况下，在风电机组出口发生三相短路、两相短路和单相短路故障时的低电压穿越特性。 主要测试测试数据包括风电机组出口电压、有功电流、无功电流、有功功率、无功功率、风速、发电机转速、并网状态以及叶片桨距角信号。
4风力发电场无功补偿装置的选择
无功补偿装置的发展经历了从同步调相机、开关投切固定电容、静止无功补偿（SVC）到无功发生器（STATCOM）的发展过程。各种无功补偿装置的特点如下：同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧；开关投切电容器(TSC)：连续可控能力差；静止无功补偿器(SVC)：先进实用技术，得到了广泛应用；静止无功发生器（SVG）(STATCOM)：先导性示范工程阶段。
结语
综上所述，风力发电出力具有随机性、间接性和不可控性等特点，风电场并网会影响到电网的电压质量和电压稳定性。为了控制风电场并网对电网电压的影响，对风电场接入电网过程中风电场内、风电场并网点和并网的电网进行电压无功控制非常必要。随着技术的进步，各种先进无功补偿装置的应用，将更有效地对风力发电接入电网的各环节进行电压无功控制，减轻风电并网对电网的影响。
参考文献
[1]迟永宁，刘燕华，王伟胜.风电接入对电力系统的影响[J].电网技术，2007，31（3）：77-81.
[2]于德龙，赵海翔，曹娜等.风电场接入地区电网的电压问题分析[J].中国电力，2006，39（6）:10-14.
[3]范高锋，迟永宁，赵海翔，王伟胜，戴慧珠.用STATCOM提高风电场暂态电压稳定性[J].电工技术学报，2007，22(11):158-162.
论文作者:吴科峰1,张新琴2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/2/13
标签：电网论文; 电压论文; 风电场论文; 风电论文; 机组论文; 功率论文; 电力系统论文; 《电力设备》2018年第25期论文;