摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，风力发电是一种成熟的可再生能源发电方式，在国家政策以及经济发展需求下，风力发电发展迅速。而不同地点、不同时刻的风速都是不同的，这使得风力发电间歇性明显。所以，当风电接入电网时，要经过严格的可行性评估，针对风电场并网所带来的响，采取优化的运行措施、策略，以确保电网安全、经济运行，同时能够最大程度地接受风电容量。文章阐述了风电并网对稳态电压稳定性以及暂态态电压稳定性的影响，分析其不利影响，并给出了相应的优化措施。
关键词：风电；电力系统；静态电压稳定；静态安全分析
引言
随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注．风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率具有间歇性和随机性的特点，进而影响电网的电能质量，如电压波动和闪变、电压偏差、谐波等．由于我国风能资源丰富地区与用电负荷中心之间距离遥远，需采用输电网进行远距离电力传输．当远距离输送的风电功率过大时，会导致风电场无功需求增加，电网线路压降过大，无功损耗增大，稳定裕度降低，威胁局部电网的安全运行，降低了电网的可靠性和稳定性．大规模风电并网对电力系统规划、运行控制、保护、调度等方面提出了新的挑战，需采取必要措施对电网进行保护．同时应改进传统风电机组，提升并网性能，从源头上解决风电并网与电力系统之间的矛盾．
1风电机组的概念
并网运行的风电机组可分为恒速恒频风力发电机组和变速恒频风力发电机组两大类。由于恒速恒频风力发电机组要求风力转速恒定，使得转速不能跟随风速变化而变化，造成风能利用系数偏低。但是，该类机组出现较早且控制技术较成熟，在风电发展初期进行了大量的研究和投产使用。随着现代大容量电力电子技术的成熟，变速恒频风电机组逐渐取代了恒速恒频风电机组，成为风力发电的主流。变速恒频发电机组依照风速的变动而改变转速，关键技术在于变频装置的使用。目前，大型风电场使用的变速恒频机组主要有两种。一种是装有多级齿轮箱的双馈感应风力发电机组，其叶片采用变浆距调节，发电机定子直接馈入电网，转子则通过变频器与电网连接，实现了功率的双向流动。通过变频器实现有功和无功功率的解耦控制，使得这类变速风电机组能够实现最大风能捕获，并减少部分机械部件的应力。另一种是多极永磁直驱式风力发电机组，省去了齿轮箱，减少了二次传动导致的效率降低及故障问题，但变频器的控制较复杂。对比恒速恒频机组，变速恒频发电系统能提高风能利用效率，应用灵活，能提高系统的稳定性。风电机组对电网的注入功率是由风速决定的。如何解决风电产生的电网波动，是学术界的重要研究课题。随着并网的风电容量越来越大，功率波动带来的问题日益明显，其中风力发电对系统电压的影响问题尤为突出。
2对电压稳定性的影响
2.1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。
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2.2风电场功率因数的影响
改变风电场的功率因数，观察并网点电压的变化。仿真得到在不同的功率因数下。第一，若风电场以滞后功率因数运行时，电压幅值与风电场有功出力成正比；当风电场以超前功率因数运行时，电压幅值与风电场有功出力成反比。第二，功率因数的绝对值与电压增量成反比。为降低风电厂对电网电压影响，应提高风电场功率因数。第三，当电网电压偏低时，可以适当提高风电场功率因数；而当电网电压偏高时，则风电场最好以超前功率因数运行。
2.3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。数学表达式为： 其中δU为电压偏差，Ure为实际电压，UN为系统标准电压。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。
3抑制电压波动的方法
3.1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。
3.2电磁耦合调速装置
提出了基于电磁耦合器调速的新型风电机组，电磁耦合器的两端分别与变速齿轮箱的高速轴和恒速同步发电机的输入轴连接，两个轴系之间的转速差由电磁耦合器及变频器控制．当电网电压跌落时，同步发电机通过强励向电网提供无功支撑，有助于电网电压的恢复；同时发电机的故障冲击转矩被电磁耦合器隔离，保护了齿轮箱免受冲击载荷破坏。
3.3机电混合无级变速系统
提出了一种新型机电混合无级变速风力发电系统M-EVT，采用一级机械增速装置进行升速，电气无级变速器进行调速．提供了机械功率和电功率双功率流，保证较高的输出电能质量以及系统可靠性；同时减小了电气变速器的容量和速差，提高了风能利用率和系统效率．
结语
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］廖明夫，R.Gasch，J.Twele.风力发电技术[M].西安：西北工业大学出版社，2009.
［2］李俊峰.风力12在中国[M].北京：化学工业出版社，2005
论文作者:王伟,邹丹丹
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
标签：电压论文; 电网论文; 风电论文; 机组论文; 功率因数论文; 功率论文; 风电场论文; 《电力设备》2019年第9期论文;