黃龔相

摘 要：目前風力發(fā)電是綠色能源發(fā)電的最大來源。風力發(fā)電技術的發(fā)展和應用，使得風力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比重不斷增加。風電場接入電網(wǎng)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性等多方面產(chǎn)生了影響。本文通過分析山地風電場特征，了解其接入系統(tǒng)后對電網(wǎng)的影響，并對系統(tǒng)保持穩(wěn)定性的相關技術進行了深入的探討和了解。

關鍵詞：風電場；并網(wǎng)；系統(tǒng)穩(wěn)定性技術

1 大容量山地風電場接入系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響

風電場接入電網(wǎng)一般通過以下兩種模式：一是大容量集中高壓并入輸電網(wǎng)絡；二是小容量通過低壓配電網(wǎng)分布式低壓并入電網(wǎng)。風電場接入系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響集中體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）因電力系統(tǒng)電量平衡的要求，使得電網(wǎng)調頻、調峰成為一個重要難題。為保持系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)調度部門需要隨時平衡不斷變化的計劃和非計劃變動。此外，由于功率因素要求，有功功率的大幅波動會導致無功功率和電壓的大幅波動，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來隱患。

（2）山地風電場因受地形因素的影響，存在氣壓低、湍流強等特點，與平原地區(qū)的風電場相比，其風速的隨機性和間歇性特征更為顯著，風場接入電網(wǎng)系統(tǒng)后，可能帶來母線電壓波動超出限制范圍的現(xiàn)象。

（3）風機配套變流器采用高頻電力電子器件，在完成AC-DC-AC變換達到輸出電能頻率要求的同時，也產(chǎn)生了大量諧波，諧波電流注入電網(wǎng)帶來電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波污染，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

（4）大型風電場內采用大量箱式變電站，集電線路采用電纜或架空線路，主變壓器采用有載調壓電力變壓器，風機至升壓站采用數(shù)千米至數(shù)十千米的送出高壓線路，存在的許多非線性設備，使得風場在發(fā)出有功功率的同時也消耗大量無功功率。然而，大多數(shù)風電場的風機功率因數(shù)設定值居于0.95～1.0之間，雖然要求恒壓和恒功率控制，但無法滿足風電場自身無功功率控制的要求。

2 解決風電場并網(wǎng)問題的措施

2.1 風電場風功率預測系統(tǒng)

風電出力是變化的，但在很大程度上也是可以預測的。而電力供應和需求是隨時變化的，要努力掌握預測、管理并改善電力系統(tǒng)的功率波動性，以滿足其需求。通過在風電場配置風功率預測系統(tǒng)，接收氣象部門的數(shù)值天氣預報信息（或直接接收調度主站系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)值天氣預報信息）和調度主站系統(tǒng)下發(fā)的功率預測結果，向主站上傳數(shù)值氣象預報信息，并根據(jù)歷史和運行數(shù)據(jù)計算、分析、修正和校核，將風電場的功率預測結果上傳到調度主站。

2.2 保持接入系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

（1）系統(tǒng)頻率異常保護

風電場的突然突然切除及投運引起的波動會導致電網(wǎng)系統(tǒng)頻率異常。風力機在接入點電壓降低到設定值之下時，會發(fā)生解列，斷開與電網(wǎng)的連接。隨著解列發(fā)生頻率異常是由于負荷與發(fā)電機的出力不平衡引起的，要想頻率恢復就要切掉適量的負荷。對于這種情況，可以通過改善系統(tǒng)中的同步發(fā)電機的保護來維持系統(tǒng)的平衡，防止發(fā)生更大規(guī)模的解列事故。在發(fā)電量的滲透率較高的系統(tǒng)中，為避免出現(xiàn)系統(tǒng)頻率異常狀況，要給系統(tǒng)中離風電場較近的傳統(tǒng)的同步發(fā)電機配置低頻減載保護。

（2）系統(tǒng)振蕩問題

出當系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，振蕩電流隨著風電場容量的增大而不斷增加。在風電場附近常會因振蕩電壓波動得變化大小而使得系統(tǒng)電流速斷保護出現(xiàn)誤動作。自適應過電流保護是解決系統(tǒng)振蕩問題的較好方法，同時，也常用振蕩閉鎖裝置來解決系統(tǒng)中可能發(fā)生的距離保護的誤動作。

3.3 系統(tǒng)保護技術

系統(tǒng)保護技術不同于線路或元件保護，不是為了保護某一特定的設備，而是通過改變系統(tǒng)結構，起到安全保護的作用。

（1）失步保護

在大擾動后，系統(tǒng)內各發(fā)電機失去同步運行，導致系統(tǒng)解列，這時就要用到失步保護。在失步保護中，當系統(tǒng)真正失步時，可以跳開線路，從而解列系統(tǒng)；為減小斷路器遮斷電流，在系統(tǒng)中角度不斷減小且小于120°時，要啟動跳閘；為避免不必要的切除負荷，使兩側系統(tǒng)的負荷和發(fā)電能力大體平衡，選取解列點；系統(tǒng)解列時，閉鎖線路一側的自動重合閘繼電器或跳閘繼電器。失步保護根據(jù)風電場在系統(tǒng)中的滲透功率的大小不同，其定值的延遲時間應做相應的調整，以躲過風電場投入或退出造成系統(tǒng)的短時振蕩。

（2）柔性交流輸電

因風能的不穩(wěn)定性，風電場發(fā)出的功率是動態(tài)變化的。可以根據(jù)系統(tǒng)功率的變化，使運送功率自動調節(jié)在一個恒定的范圍內。在系統(tǒng)中并入大容量的風電場，為控制短路功率，最好在系統(tǒng)中加裝FACTS 設備，采取柔性輸電的方法。

（3）柔性直流輸電

柔性直流輸電系統(tǒng)的主要器件包括電壓源換流器（VSC）、換流變壓器、換相電抗器、直流電容器和交流濾波器等。根據(jù)系統(tǒng)需求，電壓換流器可以方便地進行整流 / 逆變運行狀態(tài)轉換；兩側換流器協(xié)調控制運行，實現(xiàn)兩端交流系統(tǒng)間的有功功率交換。

2.4 動態(tài)無功補償改善風電場并網(wǎng)電能質量

靜止型動態(tài)無功補償裝置（SVG）采用可控型電力電子開關器件，既能主動發(fā)出無功功率，也能吸收無功功率，屬于典型的有源補償裝置。SVG裝置具有以下特性：

（1）不依賴電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，運行范圍寬，補償容量大；

（2）響應速度快，裝置響應時間一般≤5ms；

（3）采用橋式電路結構，結合PWM技術和多電平控制技術，使得裝置發(fā)出無功諧波含量較低。

3 結束語

風力發(fā)電的大規(guī)模建設使得風電場并網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定運行問題越來越不容忽視。本文從并網(wǎng)型山地風電場著手，從風電場對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響上，提出了保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的各項對應措施。同時，為更細致更精確的研究和解決風電場并網(wǎng)問題，今后要更全面的搜集系統(tǒng)設備參數(shù)，分析影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的具體原因，更精準的進行系統(tǒng)保護配置。

參考文獻

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（作者單位：大唐廣元風電開發(fā)有限公司）