摘要：随着社会经济的快速发展，各行各业对电能的需求量都在不断增加，我国在风力发电方面的投入也越来越大，取得了显著的成果。近些年的风力发电场已经在整个宫殿行业中占据了相当一部分的比例，为我国的电力供应做出了显著的贡献。但是，由于风力发电很大程度上是取决于风力的大小，依靠自然环境进行发电，无法进行人为的控制。而就自然界而言，自然界的风力是不稳定的，因此，风力发电所产生的电力也是不稳定的，并且目前难以进行人为的控制与稳定。本文主要对风力发电接入电网中的电压无功控制进行了一定的探讨。
关键词：风力发电；接入电网；电压；无功控制
引言
近年来，随着世界能源格局的变化，新能源发电得到了迅猛发展。作为新能源主要发电形式之一的风力发电的入网比例不断提高，对电网的影响已经不容忽视。其中，风电场并网的无功电压控制是受到广泛关注的问题。大型风电场由于空间分布广、风速分布差异较大且场内集电线路较长，因而机端电压仍可能相差较大，在某些外部扰动作用下，会存在部分机端电压越界的现象，影响系统安全运行。因此，需要对机端电压进行控制。
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 电力系统稳定性影响因素
2.1 风电接入对于整个电力系统有利有弊
当风力发电的规模较小的时候，由于整体的功率和负荷都是较小的，因而就会降低因电阻而造成的电力损失，这时候，风力发电的接入对于电网电压整体而言是能够起到一定的稳定的作用的，但是这也仅仅只限于风力发底单的规模较小的情况之下的，而一旦风力发电的规模较大的时候，情况则会有所不同。当接入的风力发电厂规模较大的情况下，由于风力的变化导致的产生电能的波动变化幅度也会增大，风力发电机所吸收的无功变化受到影响，同时，这样大幅度的变化之下，对于电网电压的稳定性就将造成极大的冲击。所以，电网电压的稳定性，与接入的风电设备是有着非常紧密的关系的，风力发电机的型号、功率不同，接入电网得位置的变化、风力发电机接入规模的不同等，都将对电网电压造成不同规模的影响，而究竟产生的影响是好是坏，还要根据实际情况进行综合判定。
2.2 风力发电的接入，对于电网的保护装置也具有极大的影响
为了能够对整个电网系统进行更好的控制与保护，电网系统一般都安装有一定的保护装置，以便于在发生故障指示能够及时的切断一定的电路已达到保护电路的目的。但是在风力发电设备接入之后，由于风力发电的不稳定性，电压会产生大幅度的变化，这对于电网的保护装置而言具有一定的影响。风电设备的接入，会长期使得电网电业产生大幅度的波动，而在这样大幅度的波动的情况之下，原有的电压保护装置如何对风电设备这样特殊的情况进行判断并做出反应，是当前面临的一大难题。如果在装备没有出现故障的情况下而将其误判为故障的产生，那么必然会带来严重的经济损失，但是如果不能及时的对故障作出判断并采取措施的话，也将会造成极为不利的后果。所以，风力发电设备的接入么很有可能会对电网系统原有的保护装置造成一定的影响，致使保护装置不灵敏甚至失效，这对于电网电压的稳定性与安全性而言，是一个严峻的挑战。
2.3 风电场的接入对于电网电压系统造成的影响并不是固定的
事实上，大规模风电场接入对于电网电压系统所造成的影响，取决于风电场的规模及其在电网系统中所占的比例大小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当它所占的比例较小的时候，它对于电网电压所造成的影响是不大的，甚至有一定的稳定作用，但是，当它所占的比例较大的时候，风电系统所产生的电力波动对于电网系统的影响将是巨大的，当风电设备发电波动较大时，甚至可能导致电网电压系统的1部分设备受到波及，无法正常进行工作。
3 风电场的电压无功控制
3.1 风电场的无功补偿
风电场运行过程中需要相应的无功功率。在风电场中安装并联电容器组、SVC等无功补偿设备，减少电网电源向风电场提供的无功功率，进而减少无功功率在电网中的流动，降低电网因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为风电场的无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少、收效快的节能降损措施。
3.2 风电场的无功补偿方式及容量
风电场的无功补偿方式分为两个部分，即风机自身的分散无功补偿和用于补偿变压器及风电送出线路无功补偿的风电场内集中无功补偿。风电场的无功补偿装置容量总和不小于风电装机容量的30%~50%。风电场内集中无功补偿的容量不低于风电场无功补偿装置容量总和的40~60%。
3.3 风力发电场内对电压无功控制的要求
1）风电场的无功容量应按照分（电压）层和分区基本平衡的原则进行配置和运行，并应具有一定的检修备用。2）对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量除能够补偿并网点以下风电场汇集系统及主变压器的感性无功损耗外，还要能够补偿风电场满发时送出线路一半的感性无功损耗，其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路一半的充电无功功率。
3.4 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。
3.5 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。
结束语
总而言之，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]赵炜，董开松，秦睿，杨俊，赵耀，张光儒，朱宏毅.具有低电压穿越能力的风电机组测试故障典型实例分析[J].电气自动化，2017，39（04）：48-51.
[2]王轩.基于电压稳定的风电最大渗透率研究[D].西安理工大学，2017.
[3]史昭娣.风电集群系统电压稳定分析及无功优化控制研究[D].西安理工大学，2017.
[4]黄可.永磁直驱风力发电系统低电压穿越技术的研究[D].兰州交通大学，2017.
论文作者:张金峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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