風(fēng)電并網(wǎng)后的電網(wǎng)穩(wěn)定性影響因素分析及其有效處理

張明

摘 要：能源的不斷消耗、環(huán)境的不斷惡化，則尋找新能源刻不容緩。人們現(xiàn)在廣泛關(guān)注的能源有太陽(yáng)能、地?zé)崮芎惋L(fēng)能。風(fēng)能分布廣闊，能源豐富，不會(huì)排放污染氣體，成為新能源發(fā)電中最具有潛力的發(fā)電形式之一。風(fēng)能由于自身特性，在在并入電網(wǎng)后會(huì)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響，本文重點(diǎn)就風(fēng)能在并入電網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來(lái)的影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改善措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng) 穩(wěn)定性 影響因素 分析 處理

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（c）-00-02

我國(guó)總的風(fēng)電裝機(jī)容量占比最多，新增裝機(jī)容量也占比最高，占據(jù)了電力發(fā)電的半壁江山。其他國(guó)家的風(fēng)電裝機(jī)總量也在不斷上升，說(shuō)明風(fēng)電在世界的發(fā)展不容小覷。

1 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性因素分析

1.1 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

風(fēng)電具有隨機(jī)性與不穩(wěn)定型的特點(diǎn)，因此，風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷也是不穩(wěn)定的。風(fēng)電機(jī)組在低負(fù)荷與高負(fù)荷的狀態(tài)下無(wú)功狀態(tài)也是不同，低負(fù)荷時(shí)是送端，高負(fù)荷時(shí)是受端，這樣的運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)使電網(wǎng)電壓造成急劇的波動(dòng)。此時(shí)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，以更好地分析對(duì)風(fēng)電對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響。簡(jiǎn)化圖如圖1所示[1]。

根據(jù)公式U1=U2+（P2R+Q2X）/U2可知，如果U2值不變，風(fēng)電電阻的機(jī)端會(huì)隨著聯(lián)絡(luò)線路的阻抗變化而改變；聯(lián)絡(luò)線路的阻抗值不變時(shí)將決定機(jī)端電壓的水平。

因?yàn)殡妷旱姆€(wěn)定性與機(jī)組的無(wú)功特性聯(lián)系密切，但是風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功特定又變化多樣，所以對(duì)電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性有較大的影響。恒速恒頻異步發(fā)電機(jī)與雙饋式異步發(fā)電機(jī)應(yīng)用較多，分析恒速恒頻異步發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，有效功率Pg增加，Qg和ΔQL也會(huì)增加，如果P2R+Q2X<0，機(jī)端電壓就會(huì)下降；而雙饋式異步發(fā)電機(jī)能夠控制恒功率與恒電壓，當(dāng)控制的功率運(yùn)行時(shí)，則Qg=0。壓降小，則穩(wěn)定性越好，比恒速恒頻異步發(fā)電機(jī)功能要強(qiáng)。但是不管哪一種類型的發(fā)電機(jī)，如果負(fù)荷升高，都需要從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率導(dǎo)致壓降增加，從而造成風(fēng)電機(jī)組電壓波動(dòng)，對(duì)電壓穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響。

1.2 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

當(dāng)系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的范圍說(shuō)明用電負(fù)荷或者輸入功率的突然增加導(dǎo)致這種情況，如果用傳統(tǒng)的異步發(fā)電機(jī)，容易導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)電壓的崩潰；如果動(dòng)態(tài)無(wú)功電壓無(wú)法支撐，將會(huì)從系統(tǒng)中吸取能量。在這種情況下如果發(fā)生短路接地類的故障，則風(fēng)電場(chǎng)將無(wú)法有足夠的無(wú)功功率進(jìn)行支撐其運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端無(wú)法重建，電壓急劇下降到無(wú)法控制的范圍，會(huì)造成風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓失去平衡。變速異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)的電壓控制方案一般是通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)的，但是發(fā)生故障后，變速風(fēng)電機(jī)組沒(méi)有動(dòng)態(tài)無(wú)功功率支撐的作用。如果電網(wǎng)側(cè)發(fā)生較大的故障時(shí)，正常的維護(hù)策略無(wú)法為動(dòng)態(tài)電壓提供支持[2]。而且，故障線路一旦出現(xiàn)大的故障，比如切除，將會(huì)讓電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)都變得異常脆弱，風(fēng)力機(jī)組有功無(wú)法輸出，導(dǎo)致機(jī)械轉(zhuǎn)矩比電磁轉(zhuǎn)矩還要大，從而引起風(fēng)力機(jī)組出現(xiàn)超速，超速會(huì)將整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中的所有機(jī)組都切除，將會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性以及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全帶來(lái)非常嚴(yán)重的影響。因此，風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)非常重要。

1.3 電網(wǎng)運(yùn)行控制方式不完善

如果電力系統(tǒng)中的電源都是恒定的，不利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，因?yàn)樾枨髠?cè)每天都在發(fā)生變化，要想保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要有良好的靈活性功能，還需要有較好平衡電網(wǎng)的能力，隨著我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)項(xiàng)目的不斷增加，風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量也在不斷增加，如果不采取有效的控制方法將會(huì)降低電網(wǎng)整體的穩(wěn)定性。目前風(fēng)電接入運(yùn)行方式以及控制手段都不太完善，容易造成電壓頻繁出現(xiàn)波動(dòng)，不利于電網(wǎng)的有效運(yùn)行。

2 風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的有效處理措施

2.1 提高靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的措施

風(fēng)電并網(wǎng)后產(chǎn)生靜態(tài)電壓穩(wěn)定性影響有多個(gè)原因，比如風(fēng)電機(jī)組、電容、參數(shù)以及電場(chǎng)負(fù)荷等，解決靜態(tài)電壓穩(wěn)定性需要將影響因素綜合在一起進(jìn)行考慮，以提高靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性。無(wú)功補(bǔ)償需要改善，從分析靜態(tài)電壓的影響可以看出，改善加裝機(jī)端電容的無(wú)功補(bǔ)償，能夠明顯改善風(fēng)電場(chǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，且線路阻抗參數(shù)也會(huì)影響系統(tǒng)中的功率發(fā)生變化，因此完善無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)于改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性十分有效；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正確選擇，因?yàn)楹闼俸泐l異步發(fā)電機(jī)不利于電壓的穩(wěn)定性。而且當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的功率增加，恒速恒頻異步發(fā)電機(jī)需要從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率，從而造成造成系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定，但是采用雙饋式異步發(fā)電機(jī)就能夠明顯改善系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，且雙饋異步發(fā)電機(jī)具有無(wú)功支撐功能，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定；最后是線路的選擇，在不影響傳輸速率的情況下，盡量選擇R/X大的線路，能夠保證電網(wǎng)靜態(tài)電壓的穩(wěn)定與有效運(yùn)行。

2.2 提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的措施

提高風(fēng)電并網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，需要合理選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)，與提高靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的方式相同，都是選擇雙饋式異步發(fā)電機(jī)，能夠有效提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；要限制接入風(fēng)電場(chǎng)的容量，將較大的容量風(fēng)電場(chǎng)接在不同的節(jié)點(diǎn)中，切記不能只接入在一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣做的目的是為了當(dāng)其中某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障后能夠降低相互之間的影響，以增加系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性；對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行有效的控制，控制的重點(diǎn)是恒速恒頻異步發(fā)電機(jī)組的槳距角，控制槳距角能夠有效降低機(jī)械的輸入功率，當(dāng)電壓出現(xiàn)故障進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程中，能夠有效避免機(jī)組功率不平衡導(dǎo)致的電壓失衡。而變速風(fēng)電機(jī)組不僅能夠?qū)嘟沁M(jìn)行很好的控制，還能有效控制變流器側(cè)，從而起到控制風(fēng)電并網(wǎng)引起的暫態(tài)電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題，讓系統(tǒng)的電壓更加穩(wěn)定了；無(wú)功補(bǔ)償也同樣需要重點(diǎn)加強(qiáng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障后，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)無(wú)功的需求會(huì)急劇上升，從而造成電壓下降，因此需要采取無(wú)功補(bǔ)償措施，安裝SVC、STATCOM無(wú)功補(bǔ)償裝備，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電并網(wǎng)后產(chǎn)生的靜態(tài)電壓影響以及暫態(tài)電壓影響都會(huì)造成電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，合理選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對(duì)風(fēng)力機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行有效控制，無(wú)功補(bǔ)償要完善，制定切實(shí)可行的運(yùn)行管理方法，將責(zé)任落實(shí)到實(shí)處，強(qiáng)化管理與班組的建立，并對(duì)電力現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，將安全責(zé)任制度落實(shí)到每一位員工的頭上。電網(wǎng)運(yùn)行人員要定期進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)，當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)后如果出現(xiàn)故障能夠及時(shí)對(duì)線路故障進(jìn)行排除，避免電網(wǎng)發(fā)生較大的事故，最大程度的保證電網(wǎng)的有效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 王永輝，陳新，劉冰.風(fēng)電并網(wǎng)后的電網(wǎng)穩(wěn)定性影響因素分析及應(yīng)對(duì)策略[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2017（8）：153-155.

[2] 趙威.風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[3] 彭亮.影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素分析[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017，25（15）：85-89.

[4] 門艷，劉芳，閆富強(qiáng)，等.風(fēng)力發(fā)電并風(fēng)電能調(diào)度穩(wěn)定性優(yōu)化仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2017，34（6）：108-111.