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摘要：风电并网的不确定性对电力系统电压、频率稳定、电能质量等方面的影响十分特殊，给电力系统带来的负面影响已到了不容忽视的地步。欧美对风能开发较早，也最先开始重视风电并网对电力系统影响的研究，以及对风电接入系统、风电预测模型、风电成本预估模型、大容量储能系统的开发。近些年，我国对风力发电的技术研发也在人、财、物能方面给予多方面支持和鼓励，这更加坚定了对稳定现代化电力系统安全的坚强决心。
关键词：风电并网；电力系统；电压稳定性；影响
1风电机组的并网运行
风力发电机组的并网运行，是将风力发电机组发出的电能送入电网，通过电网中的输电线路把电能输送到千家万户，利用强大而稳定运行的电网解决了风力发电的不连续、电能的储存等问题。
1.1并网运行的方式
风力发电机组并网运行分为恒速恒频并网运行和变速恒频并网运行两种方式。其中恒速恒频并网运行方式目前已普遍采用，具有简单、可靠的优点，但是对风能的利用不充分。目前大部分国内风力发电机组的属于水平轴恒速恒频发电系统。这种类型的风力发电机组的转速随风速的变化的影响小，可看做保持恒定转速下运行。
1.2风电机组并网运行的特点
我国风能资源往往分布在偏远地区，因此距离电厂及用电负荷中心较远。风力发电与传统能源的发电具有以下特征：风速不是稳定不变的，因此风电机组发出的电能也是随风速波动，电能输出也就会不稳定；风电机组中的发电机形式多样，可以是异步发电机、同步发电机或是双馈感应发电机，因此，无功功率特性复杂，产生电网电压偏差；风能为不连续能源，风电场的有功功率和无功功率将随风速变化，风电场的输出功率波动范围大。
2风电场并网运行的特点
和常规火力发电厂里面运行的发电机组不同的是，风电场里面使用的机组是由其独特的特点的：（1）风力发电机组中包含大量的换流器；（2）风力发电机组的动力来源于风能，不可控因素太多；（3）相对于常规电厂的同步发电机容量，风力发电机组单机容量很小。综上特点，风力发电机组接入电网运行控制和常规的电厂有非常大的不同。现在风电场逐渐扩大了其并网规模，这些风电机组并入整个电网会对相关的并网点以及区域电网电压、有功、无功以及系统保护策略与电能质量都产生极大影响，具体体现在：（1）电网节点电压稳定性以及无功功率分布。风力发电场内的变速恒频风电机组一般可以输出的无功功率很小，因而风力发电机组对系统电压改善能力很小，因此风力发电机组的无功功率输出对系统电压无功功率不足提供补偿是非常有限的。（2）有功功率调节和频率控制。一般情况下，风力发电机组处于最大功率输出运行状态，所以风电场不涉及整个系统的有功功率调频控制。但是由于风电场随风能变化而波动的特性，不但不能够参加系统调频反而造成整个电网调频总电源容量的比例减少，因此在风电场中需要配置符合要求的调频电源。（3）电网系统保护策略，线路短路电流以及开关额定。当电网发生故障时，与一般火水力发电厂的发电机组相比，风电场中的变速恒频风电机组的运行方式有很大的区别。风电场中换流器的设计和控制系统的设置决定电网发生故障时，风力发电机组的具体运行方式变化。
3对电压稳定性的影响
目前，风力发电机组多采用异步发电机，发出有功功率的同时也从电网中吸收无功功率，其无功功率需求不是恒定不变的，这就对电网的稳定运行带来了不利影响，同时也造成了电网的电压的不稳定。由于风电场所处地区偏远，电网负荷较小，风力发电机组的并网改变了系统中原来的潮流分布，随着风电在电网中的比例增加，对电网电能质量的影响也随之增大。
3.1电压稳定
电力系统的电压水平是系统无功功率供需平衡情况的具体表现。无功功率的传输不但产生很大的有功损耗而且延传输途径有很大的电压降落。由于无功功率的供需分布关系各异，同一时刻中不同点的电压高低各异，系统中各点的电压调节主要是依靠无功功率的就地供需调节实现。《电力系统安全稳定导则》中将电压稳定定义为：电力系统受到一定程度的扰动后，系统电压能保持或恢复到容许的范围内，不发生电压崩溃的能力。与此相反，如果扰动后平衡状态下负荷邻近的节点电压低于可接受的极限值，那么就称系统电压崩溃。
3.2电压偏差原因的分析
电力系统在正常运行方式下，某一节点的实际电压与系统标准电压之差对系统标准电压的百分数称为该节点的电压偏差。电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时发生变化，网络结构随着运行方式的改变而发生改变，系统故障等因素都将引起电力系统功率的不平衡。风电并网引起系统无功功率不平衡是系统电压偏差的根本原因。风电场的异步电机运行时需要从电网吸收感性无功来建立磁场，所需要感性无功功率对电网来说是一个相当大的负担，会引起较大的功率损耗和电压损耗。
4抑制电压波动的方法
用于改善和提高电能质量的大部分无功补偿装置都具有抑制电压波动和闪变的功能，如静止同步补偿器（STATCOM）、静止无功补偿器（SVC）、统一潮流控制器（UPFC）和有源电力滤波器等。本文主要分析了静止无功补偿器（SVC）对风电并网之后电力系统电压波动的抑制方法。
4.1静止无功补偿器（SVC）
静止无功补偿器（SVC）将电力电子相关技术引入到传统的静止并联无功补偿装置中，应用电子模拟器件和电子快速计算器件DSP具有对电压、电流、阻抗和相位快速逻辑运算能力，可以快速跟踪和快速调整控制角来控制晶闸管电流，最终控制SVC的综合无功功率输出。VC的动态调节响应时间非常迅速，可控制在10ms以内，调节范围广，可在0-100%容量范围内进行调节，调节精度高，调节步长可控制在1%以内，可以实现快速补偿和连续平滑调节，提供动态电压支撑，改善系统的运行性能。理论上的SVC能够使所补偿节点得电压接近一个固定值，提高风力发电机组接入电网后的电压质量，增加电力系统稳定性。
4.2SVC接入系统方式
在风电场升压站的低压侧母线上安装SVC作为无功补偿装置，补偿风电机组的无功需求，从而风力发电机组并网运行时引起的电压波动降低。将SVC装置接入风电场升压站低压侧母线。其工作原理为：电压互感器TV检测到风电场升压站高压侧母线电压，与参考电压比较，若电压偏差超过允许值，则得到控制系统的输入信号，根据电压偏差信号控制SVC调整无功补偿量，从而改变风电场升压站低压侧电压，进一步改变风电场升压站高压侧电压，使其与参考电压之间的差值最小。
图 1TCR 型 SVC 的控制原理
5结论
随着世界范围内的能源危机和环境污染问题的日益严峻，利用风能发电已经成为当前绿色低碳能源中技术最成熟，开发利用价值最大的发电方式。随着利用风能的不断发展，单台风力发电机组容量的提高，装机容量较大的风电场接入地区电网对电网的影响也逐渐扩大，研究大规模风电场对电网的影响，特别是对电压稳定性的影响是目前迫切需要解决的问题。在风电场升压站低压侧母线上安装SVC作为无功补偿装置，补偿风电机组的无功需求，减小风电场并网运行时引起的电压波动。
参考文献：
[1]汪宁渤，马彦宏，王建东.大规模风电集中并网对电力系统安全稳定的影响[J].电力建设，2011（11）：77-80.
[2]罗雨蕾．基于EPT并网的风电随机最优谐波潮流[D]．武汉：华中科技大学，2012．
[3]刘雷．考虑输电损耗费用的分布式电源配置研究[D]．北京：华北电力大学，2012．
论文作者:程俊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/20
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