浅谈风电场并网对电力系统的影响.doc

1、浅谈风电场并网对电力系统的影响摘要：由于风能资源本身的随机因素，风电场并网往往会对电力系统的稳定性、安全性以及输电质量等产生一系列影响。本文对这些影响简要进行说明，最后总结了几条改善风电场运行性能的对策。 关键词：风电场；并网；电力系统 中图分类号： P319.1 文献标识码： A 1风电接入对电力系统的影响 风力发电是一种特殊的电力，它以自然风为原动力，风资源的随机性和间歇性决定了风电机组的输出特性也是波动和间歇的。作为发电机构的异步发电机在发出有功功率的同时，需要从系统吸收无功功率，且无功需求随有功输出的变化而变化。当风电场的容量较小时，这些特性对电力系统的影响并不显著，但随着风电场容量在

2、系统中所占比例的增加，风电场对电力系统的影响会越来越显著。本文主要从以下几个方面讨论并网风电场对电力系统的影响，包括并网过程对电网的冲击、电网电压、电网稳定性、电能质量以及继电保护的影响。 1.1 并网过程对电网的冲击 异步电机作为发电机运行时，没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压，因此并网时必然伴随一个过渡过程。直接并网时，流过58 倍额定电流的冲击电流，一般经过几百毫秒后转入稳态。异步发电机并网时冲击电流的大小，与并网时网络电压的大小、发电机的暂态电抗以及并网时的滑差有关。滑差越大，则交流暂态衰减时间越长，并网时冲击电流有效值也就越大。风力发电机组与大电网并联时，合闸瞬间的冲击电流

3、对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但对小容量电网而言，风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。目前可以通过加装软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电 流，但会给电网带来一定的谐波污染。 1.2 对电网电压的影响 风力发电出力随风速大小等因素而变化，同时由于风力资源分布的限制，风电场大多建设在电网的末端，网络结构比较薄弱，因此在风电场并网运行时必然会影响电网的电压质量和电压稳定性。另外，风力发电机多采用感应发电机，感应发电机的运行需要无功支持，因此并网运行的风力发电机对电网来说是一个无功负荷。为满足风力

4、发电场的无功需求，每台风力发电机都配有无功补偿装置。目前常用的是分组投切电容器，其最大无功补偿量是根据异步发电机在额定功率时的功率因数设计的。即在额定功率时无功补偿量必须保证功率因数达到设计的额定功率因数，一般大于 0.98。由于分组投切电容器不能实现快速连续的电压调节，对快速的电压变化无能为力。风力发电对电网电压的影响主要有慢的(稳态)的电压波动、快的电压波动(1lJ 闪变)、波形畸变(1llJ 谐波)、电压不平衡(即负序电压)、瞬态电压波动(1lJ 电压跌落和凹陷)等。1.3 对电网稳定性的影响 风电接入系统引起的稳定问题主要是电压稳定问题。这是由于：(1)普通的无功补偿方式为电容器补偿，

5、补偿量与接入点电压的平方成正比，当系统电压水平降低时，无功补偿量下降很多，而风电场对电网的无功需求反而上升，进一步恶化电压水平，严重时会造成电压崩溃，风机被迫停机；(2)在故障和操作后未发生功角失稳的情况下，部分风电机组由于自身的低电压保护而停机，风电场有功输出减少，相应地系统失去部分无功负荷，从而导致电压水平偏高，甚至使风电场母线电压越限；(3)故障切除不及时，会发生暂态电压失稳；(4)风电场出力过高有可能降低电网的电压安全裕度，容易导致电压崩溃。总而言之，并网型风电场对于电网稳定性的主要威胁，一方面是风速的波动性和随机性引起风电场出力随时间变化且难以准确预测，导致风力发电接入系统时潜在安全

6、隐患；另一方面是弱电网中风电注入功率过高引起的电压稳定性降低。 1.4 对电能质量的影响 风电对于电力系统是一个干扰源。风电对电能质量的影响主要有以下三方面(前述对电压的影响是最重要的方面)： (1)风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流，会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停，风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动； (2)软起动并网时，由软起动装置引起的各次谐波； (3)风电经 ACDCAC 并网时，由于脉宽调制变换器产生的谐波。谐波的次数和大小与采用的变换装置和滤波系统有关。 1.5 对继电保护装置的影响 与常规配电网保护不同，通过风电场与电力系统联络线的潮流有时是双

7、向的。风力发电机组在有风期间都和电网相连，当风速在起动风速附近变化时，为防止风电机组频繁投切对接触器的损害，允许风电机组短时电动机运行，此时会改变联络线的潮流方向，继电保护装置应充分考虑到这种运行方式。其次，并网运行的异步发电机没有独立的励磁机构，在电网发生短路故障时，由于机端电压显著降低，异步发电机仅能提供短暂的冲击短路电流。此外， 由于目前一般风机出口电压大都是690V，折算到 35kV(或更高电压等级)测时其阻抗需乘以 =(u35Uo 6 ) ，因此从 35kV 测的等值电路来看，风力发电机及相应的低压电缆相当于一个很大的限流电抗，短路电流无法送出，因此风电接入点的保护配置要考虑到风电场

8、的这一特点。总之，风电场故障电流主要由公用电网电源提供，风电场保护的技术困难是如何根据有限的故障电流来识别故障的发生，从而使保护装置快速而准确地动作。 1.6 大容量风电并网电网故障对潮流的影响 在电网发生事故时，系统电压瞬时发生变化，风机在自身保护特性的作用下，降低了出力，系统潮流重新分布，重要联络线潮流变化明显。通过电网实际故障经模拟计算故障情况下风电机组出力变化对系统潮流的影响，因此在各种工况计算时，应充分考虑风电机组出力对计算结果的影响。积累风电运行经验，对故障期间风电受低电压能机组的实际动作、出力变化情况提供基础数据，以提高仿真计算的精确度，更好地掌握在风电机组并网时的系统运行经验。

9、 2改善风电场对电网影响的措施 风力发电的并网对电网的电能质量和安全稳定运行带来的负面影响，可以通过一些有效措施得到改善，进一步降低风电对电网的影响。 2.1 无功补偿技术 改善风电系统运行性能的无功补偿技术包括风电场出口安装动态的无功调节装置(svc)、具有有功无功综合调节能力的超导储g(SMES)装置等措施。静止无功补偿器(svc)可以快速平滑地调节无功补偿功率的大小，提供动态的电压支撑，改善系统的运行性能。将 SVC 安装在风电场的出口，根据风电场接入点的电压偏差量来控制 svcl，补偿的无功功率，能够稳定风电场节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。SMES 可以在四象限灵活调节有

10、功和无功功率，为系统提供功率补偿，跟踪电气量的波动。在风电场出口安装 SMES 装置，充分利用 SMES 有功无功综合调节的能力，可以降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。 2.2 风电场通过轻型直流输电“(HVDC Light)与电网相连 轻型直流输电(HVDC Light)是在电压源换流器(VSC)技术、门极可关断晶闸管(GTO)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)等全控型功率器件基础上发展起来的。由于使用了基于 PWM 控制的 VSC 结构，HVDCLight 具有直流输电的优点。HVDC Light 不仅解决了分散电源接入的输电走廊问题，而且其灵活的无功、电压调节能力，打破了短路容量比对

11、风电场容量的限制，同时也改善了交流系统的稳定性和电能质量，是风力发电等分散电源与电网相连的一种理想选择。 2.3 变速恒频风力发电机组 随着电力电子元件的性价比不断提高，未来几年变速恒频电机、双馈电机等新型发电机组开始在风机上推广应用，风电场可以像常规机组一样，承担电压及无功控制的任务，以最大限度提高风能的利用效率。使用变速恒频风电机组有几种方案可供选择：采用通过电力电子装置与电网相连的同步发电机；或者采用变速恒频双馈风力发电机，实现风机以最佳叶尖比运行，比变桨距控制的实现更简单、更经济。 3结论 近年来，并网型风力发电在世界范围内得到快速发展，我国的风力发电也展现出蓬勃的生机。然而随着风电场规模的不断扩大，风力发电这种不稳定的分散电源特性对电网的影响愈加显著。随着风力发电技术的发展，可以通过采用有效措施来改善风电场运行性能，降低风电对电网的影响。根据供电系统的供电情况和各类用户用电规律， 合理地安排用户的用电时间， 鼓励低谷用电， 压低高峰用电， 可以大大节约变压器电能损耗， 同时也可以节约线路和整个电网的损耗， 达到节约电能的目的。 参考文献： 1王承煦，张源风力发电M北京：中国电力出版社，2003； 2李庚银，吕鹏飞，李广凯，等轻型高压直流输电技术的发展与展望J电力系统自动化，2003；