李夢(mèng)云

（武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430070）

0 前言

隨著日益增長(zhǎng)的電力負(fù)荷、能源的短缺、環(huán)境惡化的愈發(fā)嚴(yán)重，以及用戶要求電能質(zhì)量的提高，大家越來(lái)越關(guān)注DG（分布式發(fā)電）。研究表明，分布式發(fā)電的發(fā)展可以反映能源的綜合運(yùn)用、電力行業(yè)的服務(wù)程度和環(huán)境保護(hù)的提升。尤其是其中的風(fēng)力資源，因?yàn)槠涫强稍偕茉?、開(kāi)發(fā)潛力大、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益好，因此得到了廣泛的應(yīng)用，使風(fēng)力發(fā)電成為分布式發(fā)電中重要的發(fā)展方向，同時(shí)也使其成為一種當(dāng)今新型能源中發(fā)展迅速的發(fā)電方式。

1 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

風(fēng)電場(chǎng)并入配電網(wǎng)，使輸電網(wǎng)對(duì)部分地區(qū)的電力輸送壓力得到緩解和電力系統(tǒng)的網(wǎng)損得到改善的同時(shí)，也對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了許多不好的影響如電壓波動(dòng)、閃變等。

同時(shí)由于風(fēng)具有隨機(jī)性，其輸入電網(wǎng)的有功和無(wú)功有很大的波動(dòng)性。風(fēng)速的不可預(yù)測(cè)這一特性，使我們不能對(duì)風(fēng)電進(jìn)行準(zhǔn)確而又可靠地出力預(yù)測(cè)，我們需要更加注重負(fù)荷跟蹤、備用容量等，提高了風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行成本。

風(fēng)電并網(wǎng)增加電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的難度，不僅需要風(fēng)電場(chǎng)容量，而且需要風(fēng)電場(chǎng)快速響應(yīng)負(fù)荷變化；風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，會(huì)不可避免的對(duì)電網(wǎng)有沖擊電流。風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線的潮流的雙向性，使并網(wǎng)后的電網(wǎng)的繼電保護(hù)的保護(hù)配置提高了要求。

2 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

配電網(wǎng)的電壓分布情況由電力系統(tǒng)的潮流所決定，當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)中電源功率和負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)引發(fā)電力網(wǎng)絡(luò)各個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生變化。對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)的配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)電場(chǎng)的功率的波動(dòng)會(huì)影響電網(wǎng)電壓出現(xiàn)偏移。由于風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)后，風(fēng)電場(chǎng)的接入點(diǎn)的變化、有功功率和無(wú)功功率的不平衡等，會(huì)導(dǎo)致無(wú)功功率從無(wú)功源流向負(fù)荷。風(fēng)電場(chǎng)的電壓偏移會(huì)影響風(fēng)電場(chǎng)的接入容量和風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.1 風(fēng)速變化對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

將接入風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)的供電線路作等值電路，則風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)至無(wú)限大系統(tǒng)兩端的電壓降落為：

上式中，U1為風(fēng)電場(chǎng)的輸出電壓，U2為電網(wǎng)電壓，R1、X1表示風(fēng)電場(chǎng)的電阻和電抗，R2、X2表示電網(wǎng)的電阻和電抗。取流入風(fēng)電場(chǎng)的功率方向?yàn)檎?/p>

由于風(fēng)電場(chǎng)的視在功率S=P+jQ=U1I 可以求得電流I。并進(jìn)一步得到

上式中等號(hào)后的前一部分為電壓降落的橫向量，意義為電壓幅值的大??；后一部分為縱向量，意義為電壓相角的大小。

近似計(jì)算的時(shí)候，可以忽略電壓降落的橫分量?？傻茫?/p>

由于線路上流經(jīng)的無(wú)功功率對(duì)電壓的偏差產(chǎn)生影響。在配網(wǎng)中的線路的分布電容較小的情況下，若風(fēng)電機(jī)組為恒速風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組的有功功率增大時(shí)，其吸收的無(wú)功功率也會(huì)隨著增長(zhǎng)。此時(shí)，線路電抗的無(wú)功功率會(huì)隨著線路流經(jīng)的有功功率的增加而增長(zhǎng)，如果PR+QX>0，電網(wǎng)側(cè)電壓高于風(fēng)電場(chǎng)的電壓。若風(fēng)電機(jī)組為恒功率變速風(fēng)電機(jī)組，可以通過(guò)解耦控制有功功率和無(wú)功功率，使風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有功功率的交換。不過(guò)電壓也可以能在風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率大的時(shí)候降低，因?yàn)槠溆泄β式?jīng)過(guò)線路時(shí)消耗了無(wú)功功率。在配網(wǎng)中的線路的分布電容較大的情況下，不管是基于恒速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)還是基于恒功率變速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)，若其風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率較小甚至停發(fā)，電網(wǎng)側(cè)電壓會(huì)在線路容性充電功率的影響下稍微低于風(fēng)電場(chǎng)的電壓。

由上述可知，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的有功功率和無(wú)功功率變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)側(cè)的電壓隨之改變。而風(fēng)電場(chǎng)側(cè)也會(huì)進(jìn)一步影響到全電力網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。

2.2 不同功率因數(shù)對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

目前國(guó)內(nèi)主流風(fēng)電機(jī)組為雙饋式風(fēng)電機(jī)組，由于其可以通過(guò)對(duì)變流器的控制源的觸發(fā)角的改變來(lái)調(diào)節(jié)其在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的逆變器的功率角，進(jìn)而達(dá)到控制其無(wú)功的目的。

因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組的有功功率P 跟功率因數(shù)有關(guān),P 可以用電壓U、電流I 和功率因數(shù)的乘積表示。假設(shè)P 不變，在功率因數(shù)增大的情況下，若I 增大，因?yàn)閁I 減小，則U 減小。若I 減小，因?yàn)殡娮韬碗娍共蛔儯β室驍?shù)角減小，則U 減小。所以若風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率不變，增大功率因數(shù)會(huì)引起風(fēng)電場(chǎng)出口的電壓的減小，從而影響電網(wǎng)中的潮流分布，改變電網(wǎng)中的其他節(jié)點(diǎn)的電壓，反之亦然。

3 應(yīng)對(duì)策略

由上述分析可知，風(fēng)電場(chǎng)接入配電網(wǎng)時(shí)，造成配電網(wǎng)中有功功率和無(wú)功功率的不平衡是配電網(wǎng)中影響穩(wěn)態(tài)電壓的穩(wěn)定性的主要原因?；诖?，本章對(duì)于提出幾點(diǎn)初步的應(yīng)對(duì)策略。

（1）在建造風(fēng)電場(chǎng)前，根據(jù)該地區(qū)的實(shí)際情況，如自然資源、電網(wǎng)的設(shè)備、用戶負(fù)荷等方面，對(duì)風(fēng)電機(jī)組做出合理的選擇。不同類型的風(fēng)電機(jī)組有不同的特點(diǎn)，接入配電網(wǎng)后也會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生的影響也有區(qū)別。同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)也可以通過(guò)一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)使并網(wǎng)點(diǎn)的電壓得到提高。

（2）考慮到風(fēng)電機(jī)組的有功功率對(duì)配電網(wǎng)的電壓的影響，通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速的預(yù)測(cè)、以及對(duì)其有功功率的控制與分配等，從而提高其電壓質(zhì)量，改善其對(duì)電壓的影響。

（3）除了從風(fēng)電場(chǎng)方面進(jìn)行考慮外，對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在無(wú)功充足的情況下，應(yīng)該通過(guò)一定的方式，主動(dòng)對(duì)系統(tǒng)中的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，比如增加一定的備用容量、改變有載變壓器的變比的方式。

4 總結(jié)

風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)后對(duì)該電網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓的作用影響著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的正常穩(wěn)定運(yùn)行和良好的電能質(zhì)量。因此，研究風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓的穩(wěn)定性影響具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文簡(jiǎn)略介紹了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r，以及風(fēng)電接入電網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響。并且從風(fēng)速和風(fēng)電機(jī)組的功率因數(shù)兩方面，重點(diǎn)分析了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓的穩(wěn)定性的影響。最后針對(duì)其影響原理，提出初步的應(yīng)對(duì)策略。

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