盧 佳

(太原工業(yè)學(xué)院,030008)

風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響

盧 佳

(太原工業(yè)學(xué)院,030008)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為一種重要的可再生資源，風(fēng)力發(fā)電已成為當(dāng)前發(fā)電技術(shù)最成熟、最具開發(fā)潛力的發(fā)電技術(shù)。在實際應(yīng)用中，由于大規(guī)模開發(fā)風(fēng)力資源、單一風(fēng)電場裝機(jī)容量不斷提高，電網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)電占比日益增加。隨著風(fēng)電的不斷接入，電網(wǎng)系統(tǒng)原潮流分布發(fā)生了變化，受風(fēng)速隨機(jī)與間歇性影響，其輸出功率有一定的波動性，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。因此，在開發(fā)與規(guī)劃風(fēng)電場建設(shè)中，風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響做深入研究，意義深遠(yuǎn)。

風(fēng)電并網(wǎng)；電力系統(tǒng)；暫態(tài)穩(wěn)定；影響；措施

0 引言

隨著現(xiàn)代化科技水平不斷發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)日益成熟，規(guī)模不斷擴(kuò)大，其并網(wǎng)對電力系統(tǒng)帶來的影響也日益凸顯，在電壓、頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量及次同步震蕩等方面，電力系統(tǒng)的負(fù)責(zé)特性非常明顯，為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來了新的挑戰(zhàn)，風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響備受社會各界關(guān)注。

1 風(fēng)電所具有的特點(diǎn)

其是風(fēng)電并網(wǎng)研究的基礎(chǔ)，其特點(diǎn)主要包含波動與間歇性。其中波動性，也可稱為脈動性，具體而言就是在一定時間內(nèi)，沿某條均線風(fēng)電功率出現(xiàn)的連續(xù)上下跳變性，通過波動幅值與頻率體現(xiàn)該特點(diǎn)。間歇性是指在一定時間內(nèi)，風(fēng)電功率出現(xiàn)的不連續(xù)性。風(fēng)電所具有的特點(diǎn)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，導(dǎo)致風(fēng)電可控性不好，該特點(diǎn)是由風(fēng)力自身的風(fēng)速及風(fēng)向等因素決定的。

2 分析風(fēng)電并網(wǎng)下,電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響因素

2.1 功角的暫態(tài)穩(wěn)定性

該穩(wěn)定性主要是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)可以保持轉(zhuǎn)子速度同步運(yùn)行，企業(yè)速率不變。假如電力系統(tǒng)初始化穩(wěn)定模式，風(fēng)電并入后，系統(tǒng)內(nèi)的潮流分布、運(yùn)行參數(shù)及電壓分配等都會出現(xiàn)變化，系統(tǒng)內(nèi)某些發(fā)電機(jī)組無功功率降低，功角下降，長此以往造成發(fā)電機(jī)組功率持續(xù)變化，從而影響到電力系統(tǒng)的功角暫態(tài)穩(wěn)定性。

2.2 電壓的暫態(tài)穩(wěn)定性

該穩(wěn)定性就是電力系統(tǒng)受到干擾后，電壓不會持續(xù)下降造成系統(tǒng)崩潰。其穩(wěn)定時間為零到10幾秒，電壓穩(wěn)定與系統(tǒng)無功備用容量緊密相連，一般情況下，系統(tǒng)電壓無功水平較高時，發(fā)電機(jī)組間同步情況缺失，這屬于功角穩(wěn)定；如果功角偏差較小，局部或全網(wǎng)電壓降低造成大面積停電，這是電壓穩(wěn)定問題。必須注意的是，在電壓穩(wěn)定性影響因素中，系統(tǒng)負(fù)荷特點(diǎn)非常關(guān)鍵，無論節(jié)點(diǎn)電壓高低，恒電流負(fù)荷對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定都有很大的影響。

2.3 頻率的暫態(tài)穩(wěn)定性

主要是指風(fēng)電并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)頻率不斷下降，用電客戶有功功率出現(xiàn)分配嚴(yán)重不均勻，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。該暫態(tài)頻率不但及時體現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)有功功率發(fā)生的改變，同時對電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也有非常重要的影響。

3 風(fēng)電并網(wǎng)下,電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定造成的影響

3.1 對系統(tǒng)頻率造成的影響

一般情況下，風(fēng)電并網(wǎng)不會影響系統(tǒng)頻率，但如果電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，內(nèi)部風(fēng)電機(jī)組間出現(xiàn)排斥，電壓不斷降低，此種情況下系統(tǒng)被破壞，其頻率也發(fā)生相應(yīng)的改變。《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中明確規(guī)定了風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)，對我國不同風(fēng)電場的功率預(yù)測系統(tǒng)配置也做出了明確規(guī)定，風(fēng)電系統(tǒng)配置不斷完善，促使電力系統(tǒng)更加合理與安全。在該規(guī)定中，對風(fēng)電功率預(yù)測系的基本要求做了規(guī)定，即經(jīng)專門的線路傳輸數(shù)據(jù)將預(yù)測系統(tǒng)傳輸至調(diào)度部門。該預(yù)測系統(tǒng)主要包含兩種，一種是短期的功率預(yù)測系統(tǒng)，其預(yù)測時間為0-48小時內(nèi)，其在每日12時將次日風(fēng)電功率預(yù)測曲線申報至調(diào)度部門。另一種是超短期預(yù)測系統(tǒng)，其預(yù)測時間僅為15分鐘到4小時，對2小時后的功率預(yù)測曲線實施不間斷調(diào)整。

表1：在不同電力系統(tǒng)范圍內(nèi)的風(fēng)電場運(yùn)行規(guī)定

3.2 對系統(tǒng)保護(hù)裝置造成的影響

在風(fēng)電機(jī)組不斷投切啟停中，以免損害接觸器，有風(fēng)情況下，保持風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)連接，。如果風(fēng)速在啟動風(fēng)速區(qū)域出現(xiàn)變化時，風(fēng)電機(jī)組電動機(jī)可暫時處于運(yùn)行狀態(tài)。風(fēng)電與電網(wǎng)功率存在雙向流動，因此，在配置與整定風(fēng)電場繼電保護(hù)器時要注意此種運(yùn)行模式。異步發(fā)電機(jī)發(fā)展三相短路故障時，無法保持故障電流的不間斷，因此故障不對稱短路電流極為有限，因此風(fēng)電場保護(hù)中，明確規(guī)定根據(jù)有限故障電流檢測發(fā)生的故障，確保保護(hù)裝置準(zhǔn)確而快速的進(jìn)行動作。除此之前，雖然風(fēng)電故障電流不多，但也極有可能促進(jìn)現(xiàn)行配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在初期配電保護(hù)裝置與整定中并沒有考慮該因素。

3.3 對電壓閃變造成的影響

電壓閃變，是主觀上意識到白熾燈燈光密度變化，其根據(jù)風(fēng)電場受到干擾出現(xiàn)故障，造成長時間電壓閃變，主要是由風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘考俺Ｓ眠B接點(diǎn)總干擾源量比例而分配的。電壓波動造成電壓閃變，不是電磁現(xiàn)象。閃變因素主要有：供電電壓質(zhì)量、照明設(shè)備功率與額定電壓、主觀閃變感覺。

4 風(fēng)電并網(wǎng)下,電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的有效措施

4.1 逐步提高其低電壓穿越能力

電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，電壓不斷下降，造成電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)電流局部偏高狀況，如果不及時控制不斷增加的局部電流，就會造成局部直流端電壓不斷提高，影響電機(jī)變流器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成電流、有功及無功功率發(fā)生改變，出現(xiàn)振蕩。一旦風(fēng)電機(jī)組無法抵抗系統(tǒng)內(nèi)電壓波動與線路干擾，無法及時調(diào)節(jié)變流器參數(shù)的變化，在系統(tǒng)被干擾或電壓下降時，風(fēng)電機(jī)組電機(jī)就會退出電力系統(tǒng)，從而對風(fēng)電系統(tǒng)可操作性與安全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的影響，因此在電網(wǎng)運(yùn)行中，提高其低電壓穿越能力非常重要。

4.2 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行頻率得到改善

通常情況下，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行頻率的波動范圍有一定的局限性，如果電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，則該風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行頻率不會超出限定范圍。如果電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，系統(tǒng)功率缺失比較大，而無功功率增強(qiáng)，電壓上升，而風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)功率降低，超出合理范圍；亦或是風(fēng)電機(jī)組不斷退出電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)，系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定，出現(xiàn)很大的波動，如果波動幅度太大就會影響到其它電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行安全。

4.3 無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)得到完善

在電網(wǎng)運(yùn)行中，無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)不斷完善，這是有效緩解系統(tǒng)受干擾，維持電壓不變的一種有效保護(hù)裝置。風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置具有動態(tài)的連續(xù)調(diào)節(jié)作用，以此對故障電壓進(jìn)行控制，而且其調(diào)節(jié)速度符合電壓相關(guān)調(diào)節(jié)規(guī)定。在風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)中，風(fēng)電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率對系統(tǒng)運(yùn)行非常關(guān)鍵，其轉(zhuǎn)速大小對系統(tǒng)所需無功功率量具有決定性作用，同時其又受電機(jī)轉(zhuǎn)矩偏差影響。

4.4 加強(qiáng)研究風(fēng)電場安全技術(shù)

在風(fēng)電并網(wǎng)云系統(tǒng)中，必須要加強(qiáng)研究其安全運(yùn)行技術(shù)。（1）通過恒電壓控制，調(diào)節(jié)并改造風(fēng)電機(jī)組的無功輸出功率。（2）加強(qiáng)自動控制風(fēng)電機(jī)組無功與有功等功率，促使風(fēng)電場可根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)峰值，根據(jù)系統(tǒng)電壓要求調(diào)節(jié)風(fēng)電場無功功率。（3）對風(fēng)電安全可靠性加強(qiáng)控制，將判斷邏輯與風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，風(fēng)電機(jī)組受電壓或頻率影響導(dǎo)致脫網(wǎng)，此時其會實現(xiàn)自動并網(wǎng)。（4）對風(fēng)電記住的頻率、電壓、三相不一致保護(hù)及低壓穿越能力進(jìn)行深入研究，在自動重合閘與系統(tǒng)保護(hù)配合的基礎(chǔ)上，研究、改造風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越能力，以防風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)影響到系統(tǒng)運(yùn)行。

5 結(jié)束語

綜上所述，近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國從人力、物力及財力等方面對風(fēng)電行業(yè)加大了投入，在實際建設(shè)中成績顯著。但總體而言，在總發(fā)電量中，風(fēng)力發(fā)電占比還比較小，于發(fā)達(dá)國家還有一定的差距。因此，針對風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定中存在的問題，加大資金與科研投入，不斷滿足社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

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Influence of wind power integration on power system transient stability

Lu Jia
(Taiyuan Institute of technology,030008)

With the rapid development of social economy,as a kind of important renewable resources,wind power generation technology has become the most mature,the most development potential of power generation technology.In practical applications,due to the large scale development of wind resources,a single wind farm installed capacity,power grid system,the increasing proportion of wind power.With the continuous wind power access,the distribution of the original power flow of the grid system has changed,and the output power of the wind speed is affected by random and intermittent,and its output power has a certain volatility,which seriously affects the stability of the power grid voltage.Therefore, in the development and planning of wind farm construction,wind power grid connected to the power system voltage stability of the impact of in-depth study,far-reaching significance.

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