风电并网对电网的影响及其策略

李梦云

（武汉理工大学自动化学院，湖北 武汉 430070）

【摘　要】目前，中国风电已超核电成为第三大主力电源。但风力电场等分布式电源对电力网络的日益渗透的同时，给现代电力系统带来了很多方面的影响，比如改变了电力网络中能量传递的单向性，对现有配电网的稳定性产生较大的影响（尤其是对电网电压稳定性的影响）。因此，对风电并入配电网后产生的影响及其应对策略进行相关的研究是非常具有现实意义的。介绍了风力发电目前的发展状况和风电接入电网后对电力系统带来的影响，尤其是针对风电场并网后对电网的稳态电压的稳定性，以风速和风电机组的功率因数作为影响因素，从原理上，分别分析其对含风电场的电网的稳态电压的影响。最后在此基础上，提出初步的应对策略。

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关键词 风力发电；电网；稳态电压；影响；策略

0　前言

随着日益增长的电力负荷、能源的短缺、环境恶化的愈发严重，以及用户要求电能质量的提高，大家越来越关注DG（分布式发电）。研究表明，分布式发电的发展可以反映能源的综合运用、电力行业的服务程度和环境保护的提升。尤其是其中的风力资源，因为其是可再生能源、开发潜力大、环境和经济效益好，因此得到了广泛的应用，使风力发电成为分布式发电中重要的发展方向，同时也使其成为一种当今新型能源中发展迅速的发电方式。

1　风电并网对电力系统的影响

风电场并入配电网，使输电网对部分地区的电力输送压力得到缓解和电力系统的网损得到改善的同时，也对电力系统产生了许多不好的影响如电压波动、闪变等。

同时由于风具有随机性，其输入电网的有功和无功有很大的波动性。风速的不可预测这一特性，使我们不能对风电进行准确而又可靠地出力预测，我们需要更加注重负荷跟踪、备用容量等，提高了风电场的运行成本。

风电并网增加电力系统调峰调频的难度，不仅需要风电场容量，而且需要风电场快速响应负荷变化；风电机组并网时，会不可避免的对电网有冲击电流。风电场与电网的联络线的潮流的双向性，使并网后的电网的继电保护的保护配置提高了要求。

2　风电并网对电网电压的影响

配电网的电压分布情况由电力系统的潮流所决定，当电力网络中电源功率和负荷发生变化时，将会引发电力网络各个母线的节点产生变化。对风电并网的配电网来说，风电场的功率的波动会影响电网电压出现偏移。由于风电场接入配电网后，风电场的接入点的变化、有功功率和无功功率的不平衡等，会导致无功功率从无功源流向负荷。风电场的电压偏移会影响风电场的接入容量和风电并网后电力系统的安全运行。

2.1　风速变化对配电网电压的影响

将接入风电场的配电网系统的供电线路作等值电路，则风电场并网点至无限大系统两端的电压降落为：

U1-U2=I(R1+R2+jX1+ jX2) （1）

上式中，U1为风电场的输出电压，U2为电网电压，R1、X1表示风电场的电阻和电抗，R2、X2表示电网的电阻和电抗。取流入风电场的功率方向为正。

由于风电场的视在功率S=P+jQ= U1I可以求得电流I。并进一步得到

U1-U2=[P(R1+R2)+Q(X1+X2)]/U1+j[P(X1+X2)-Q(R1+R2)]/U1 （2）

上式中等号后的前一部分为电压降落的横向量，意义为电压幅值的大小；后一部分为纵向量，意义为电压相角的大小。

近似计算的时候，可以忽略电压降落的横分量。可得：

U1-U2=[P(R1+R2)+Q(X1+X2)]/U1 （3）

由于线路上流经的无功功率对电压的偏差产生影响。在配网中的线路的分布电容较小的情况下，若风电机组为恒速风电机组，风电机组的有功功率增大时，其吸收的无功功率也会随着增长。此时，线路电抗的无功功率会随着线路流经的有功功率的增加而增长，如果PR+QX>0，电网侧电压高于风电场的电压。若风电机组为恒功率变速风电机组，可以通过解耦控制有功功率和无功功率，使风电场和电网实现有功功率的交换。不过电压也可以能在风电机组输出的有功功率大的时候降低，因为其有功功率经过线路时消耗了无功功率。在配网中的线路的分布电容较大的情况下，不管是基于恒速风电机组的风电场还是基于恒功率变速风电机组的风电场，若其风电机组发出的有功功率较小甚至停发，电网侧电压会在线路容性充电功率的影响下稍微低于风电场的电压。

由上述可知，当风电场的有功功率和无功功率变化时，会导致风电场侧的电压随之改变。而风电场侧也会进一步影响到全电力网络的潮流分布。

2.２　不同功率因数对配电网电压的影响

目前国内主流风电机组为双馈式风电机组，由于其可以通过对变流器的控制源的触发角的改变来调节其在发电机的转子侧的逆变器的功率角，进而达到控制其无功的目的。

因为风电机组的有功功率P跟功率因数有关,P可以用电压U、电流I和功率因数的乘积表示。假设P不变，在功率因数增大的情况下，若I增大，因为UI减小，则U减小。若I减小，因为电阻和电抗不变，功率因数角减小，则U减小。所以若风电场中的风电机组输出的有功功率不变，增大功率因数会引起风电场出口的电压的减小，从而影响电网中的潮流分布，改变电网中的其他节点的电压，反之亦然。

3　应对策略

由上述分析可知，风电场接入配电网时，造成配电网中有功功率和无功功率的不平衡是配电网中影响稳态电压的稳定性的主要原因。基于此，本章对于提出几点初步的应对策略。

（1）在建造风电场前，根据该地区的实际情况，如自然资源、电网的设备、用户负荷等方面，对风电机组做出合理的选择。不同类型的风电机组有不同的特点，接入配电网后也会对配电网的电压产生的影响也有区别。同时风电场内也可以通过一些无功补偿装置来使并网点的电压得到提高。

（2）考虑到风电机组的有功功率对配电网的电压的影响，通过对风电场的风速的预测、以及对其有功功率的控制与分配等，从而提高其电压质量，改善其对电压的影响。

（3）除了从风电场方面进行考虑外，对电力系统来说，在无功充足的情况下，应该通过一定的方式，主动对系统中的电压进行调节，比如增加一定的备用容量、改变有载变压器的变比的方式。

4　总结

风电场并入电网后对该电网内的各个节点的电压的作用影响着电力系统网络的正常稳定运行和良好的电能质量。因此，研究风电场并网后对配电网的稳态电压的稳定性影响具有十分重要的现实意义。本文简略介绍了风力发电的发展状况，以及风电接入电网后对电力系统带来的影响。并且从风速和风电机组的功率因数两方面，重点分析了风电场并网后对电网的稳态电压的稳定性的影响。最后针对其影响原理，提出初步的应对策略。

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参考文献

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［责任编辑：刘展］