風電場并網(wǎng)影響電壓波動的因素及機理分析目錄TOC\o"1-3"\h\u23214風電場并網(wǎng)影響電壓波動的因素及機理分析 1254841.1風電并網(wǎng)對電壓穩(wěn)定的影響 129261.2風電場并網(wǎng)影響電壓波動的因素 2121011.3風電場并網(wǎng)引起電壓波動機理分析 221721.4風電場并網(wǎng)引起電壓波動改進措施 41.1風電并網(wǎng)對電壓穩(wěn)定的影響由于風力發(fā)電是以天然的風為能源，所以在風速的改變下，其功率也會相應地改變。在我國，風能廣泛應用的地區(qū)屬于邊遠地區(qū)，相對落后，已成為電網(wǎng)網(wǎng)絡的末端地區(qū)。因此，當風電進入電網(wǎng)時，將會對現(xiàn)有的電網(wǎng)造成一定的影響，而現(xiàn)有的電網(wǎng)并沒有足夠的能力來抑制這種不穩(wěn)定的變化。一方面，由于風力資源的隨機性，導致了風力發(fā)電機組的輸出功率的波動，另一方面，由于風力發(fā)電系統(tǒng)中大部分采用了異步發(fā)電機。風力發(fā)電系統(tǒng)既要產(chǎn)生有功，又要吸收無功，因此會產(chǎn)生不同的電壓，從而使周邊電網(wǎng)的母線不斷受到影響。隨著風電裝機規(guī)模的增大，風電機組的接入對電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生了較大的影響。我國風力發(fā)電廠的布局，特別是在西山地區(qū)，存在著一些特殊的特征。這是由于我國風電基地的分布主要集中在中西部和邊遠地區(qū)。電力整合后，將會改變原有的配網(wǎng)特性，從而影響到配電系統(tǒng)的潮流分布和傳輸方向。這已經(jīng)超過了正在建設的電力系統(tǒng)的設計和計劃。隨著近幾年風能的持續(xù)發(fā)展，風電場的規(guī)模和數(shù)量都得到了極大地提高，從而導致了風電場的輸電網(wǎng)容量的增大。在此期間，若電力網(wǎng)電壓持續(xù)升高，則現(xiàn)行分配體系將會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，這就導致了本區(qū)域的電力網(wǎng)絡不能承受這種高壓和電力，從而導致了電力網(wǎng)絡的破壞。另外，風電場一般采用非同步發(fā)電機，而風電場所產(chǎn)生的電力必須納入電力系統(tǒng)。這不僅可以改善與電力系統(tǒng)結(jié)合的效率，而且可以抑制電網(wǎng)中的無功。為確保裝置的使用效率，風力發(fā)電裝置的發(fā)電效率必須滿足一定的條件，對風力發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)提出了相應的要求，從而使其具有更低的無功功率。在無功功率要求不能滿足要求的情況下，必須增設無功電源，風電機組必須采用無功補償設備。從安裝、運行和維護等方面考慮，通常采用并聯(lián)電容作為無功補償。從電容器的工作原理出發(fā)，可以看出，該裝置的無功功率是由連接點處的電壓決定的。隨著電壓的降低，并聯(lián)電容的容量會隨著電壓的降低而迅速降低，從而導致電網(wǎng)的無功功率不斷增大。從而使配電網(wǎng)的無功功率進一步惡化，最終導致整個配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，同時也會使風電機組不能正常運行。隨著國家對風電的大力發(fā)展，風電裝機規(guī)模的快速增加，并入到電網(wǎng)中的風力發(fā)電獲得的電能也將不斷提升。隨著風電機組的加入，越來越多的風電將對電力分配網(wǎng)的整體運行產(chǎn)生越來越大的沖擊，進而導致電力供應網(wǎng)的整體電壓穩(wěn)定性受到嚴重的損害，最終對電力市場的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利的作用。導致整個體系瀕臨癱瘓。1.2風電場并網(wǎng)影響電壓波動的因素在實際運行中，無論是并網(wǎng)風電機組的啟動、停止還是運行，電壓波動和閃變事故都是不可避免的，我們可以從研究的數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗中了解到，造成風力機網(wǎng)絡電壓波動的因素并不是單一的，往往是多種因素的綜合。這些因素包括：風電機組的機組類型、風電機組控制系統(tǒng)的性能、風電場的風力狀況、電網(wǎng)的短路容量比、負載大小等。因此，對上述各方面進行全面分析，就能有效地降低電壓波動與閃變的發(fā)生率，提高電能質(zhì)量。首先探討了風速等因素，風速對風電機組的電壓波動有很大的影響，從而對風電機組的正常運行產(chǎn)生一定的影響。在風電場中，風速、紊動強度是最明顯的；通過多年的風電場研究，我們發(fā)現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)中的風能變化對發(fā)電系統(tǒng)的電壓變化具有正向的作用。恒速恒頻風電機組在風速超過額定風速后，其電壓起伏將持續(xù)增加，而在變速恒頻風電機組中，由于其能使輸出電壓的起伏平穩(wěn)，所以其電壓波動會逐步降低。其次，對風力發(fā)電機各種控制方式進行了探討，這些系統(tǒng)在實際運行中會對電網(wǎng)的電壓波動產(chǎn)生較大的影響。恒速風電場機組對P、3P頻段的變化很敏感，若采用恒速變速風電場，恒速風電場將會出現(xiàn)較大的電壓和閃變。若采用變速風力發(fā)電系統(tǒng)，其對3P頻段和干擾的敏感性將大幅下降。最后，對并網(wǎng)風電機組公用聯(lián)接點（PCC）的短路容量X和網(wǎng)線阻抗R之比進行了分析。結(jié)果顯示，隨著風電場公共連接點的短路容量比增大，風電機組的電壓波動也隨之降低。此外，通過合理地選取X/R比，可以有效地均衡電網(wǎng)中的有功和無功造成的電壓波動，使整個電網(wǎng)的電壓波動得到一定的控制。因為現(xiàn)行IEEE標準并未涉及到風力發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響。在實際工作中，X/R比率的選擇不當將會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。因此，當風電機組與電網(wǎng)連接時，可以根據(jù)不同的并網(wǎng)點和線路的X/R比例來減小風電機組接入風電機組時的電壓波動。1.3風電場并網(wǎng)引起電壓波動機理分析通過討論和研究，發(fā)現(xiàn)在并網(wǎng)系統(tǒng)中，風電機組的輸出功率會隨著運行的變化而波動，從而導致風電場并網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓波動，因此，必須從信號連接的原理入手，解決并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的電壓波動問題。圖3-1風電場并網(wǎng)等效電路模型通過對圖3-1所示的等效電路模型分析可以得出：(3-1) (3-2)(3-3）考慮到：(3-4）所以上式可化簡為：(3-5)根據(jù)圖3-1所示等效電路中功率流動方向： (3-6)(3-7)式中：——并聯(lián)電容器提供的無功功率；——輸電線路向系統(tǒng)充電的無功功率。當風電場的輸出功率增加時，線路上消耗的無功功率也增大，風電場吸收的無功功率也隨之增加。若和持續(xù)增大直到大于,則根據(jù)公式（3-7）可得<0。若成立，則由式（3-5）可知?？紤]到風速起伏變化也會導致風電場輸出功率的波動，同理也會出現(xiàn)的狀況。根據(jù)上述詳細分析可以得出，影響電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的主要因素是風電機組的無功功率特性、有功功率輸出大小、電網(wǎng)阻抗等。1.4風電場并網(wǎng)引起電壓波動改進措施目前，風電場一般采用機端并聯(lián)補償裝置來維持風電場的無功功率平衡，同時也確保了電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。最常見的是靜止無功補償器(SVC)，它是一種能夠動態(tài)、平滑地控制輸出無功的補償設備，也是當前應用最廣泛、技術最成熟的一類FACTS（柔性交流輸電）調(diào)節(jié)器。SVC實質(zhì)上仍是利用并聯(lián)電容和電抗器來產(chǎn)生無功功率，它僅僅依靠對開關電容數(shù)目和觸發(fā)角度的變化來實現(xiàn)無功的動態(tài)變化。采用靜止無功補償器，安裝于風力發(fā)電廠的低壓側(cè)，可為風電廠提供無功功率，降低系統(tǒng)所吸收的無功，降低電網(wǎng)的電壓損失。此外，當電網(wǎng)發(fā)生故障時，SVC可迅速地控制晶閘管，以提高系統(tǒng)的響應速度，并適時地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功，以滿足系統(tǒng)在故障狀態(tài)下對無功的需求，從而減少了風電場的電壓跌落。通過對風力發(fā)電機進行非脫網(wǎng)運行，還可以為風力發(fā)電廠供電，在發(fā)生事故后恢復供電，保持電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。通過對風力發(fā)電機的研究與生產(chǎn)實踐，發(fā)現(xiàn)變速風力發(fā)電機所造成的電壓波動要小于恒速風力發(fā)電機。目前大部分風電場所使用的變速恒頻雙饋風電機組（DFIG），可以實現(xiàn)有