并网型山地风电场接入电网存在的问题及对策分析

黄龚相

摘 要：目前风力发电是绿色能源发电的最大来源。风力发电技术的发展和应用，使得风力发电在电力系统中的比重不断增加。风电场接入电网对系统的稳定性等多方面产生了影响。本文通过分析山地风电场特征，了解其接入系统后对电网的影响，并对系统保持稳定性的相关技术进行了深入的探讨和了解。

关键词：风电场；并网；系统稳定性技术

1 大容量山地风电场接入系统对电网的影响

风电场接入电网一般通过以下两种模式：一是大容量集中高压并入输电网络；二是小容量通过低压配电网分布式低压并入电网。风电场接入系统对电网的影响集中体现在以下几个方面。

（1）因电力系统电量平衡的要求，使得电网调频、调峰成为一个重要难题。为保持系统的安全性和稳定性，系统调度部门需要随时平衡不断变化的计划和非计划变动。此外，由于功率因素要求，有功功率的大幅波动会导致无功功率和电压的大幅波动，给电力系统的稳定运行带来隐患。

（2）山地风电场因受地形因素的影响，存在气压低、湍流强等特点，与平原地区的风电场相比，其风速的随机性和间歇性特征更为显著，风场接入电网系统后，可能带来母线电压波动超出限制范围的现象。

（3）風机配套变流器采用高频电力电子器件，在完成AC-DC-AC变换达到输出电能频率要求的同时，也产生了大量谐波，谐波电流注入电网带来电网系统的谐波污染，威胁电网的安全稳定运行。

（4）大型风电场内采用大量箱式变电站，集电线路采用电缆或架空线路，主变压器采用有载调压电力变压器，风机至升压站采用数千米至数十千米的送出高压线路，存在的许多非线性设备，使得风场在发出有功功率的同时也消耗大量无功功率。然而，大多数风电场的风机功率因数设定值居于0.95～1.0之间，虽然要求恒压和恒功率控制，但无法满足风电场自身无功功率控制的要求。

2 解决风电场并网问题的措施

2.1 风电场风功率预测系统

风电出力是变化的，但在很大程度上也是可以预测的。而电力供应和需求是随时变化的，要努力掌握预测、管理并改善电力系统的功率波动性，以满足其需求。通过在风电场配置风功率预测系统，接收气象部门的数值天气预报信息（或直接接收调度主站系统下发的数值天气预报信息）和调度主站系统下发的功率预测结果，向主站上传数值气象预报信息，并根据历史和运行数据计算、分析、修正和校核，将风电场的功率预测结果上传到调度主站。

2.2 保持接入系统稳定性的措施

（1）系统频率异常保护

风电场的突然突然切除及投运引起的波动会导致电网系统频率异常。风力机在接入点电压降低到设定值之下时，会发生解列，断开与电网的连接。随着解列发生频率异常是由于负荷与发电机的出力不平衡引起的，要想频率恢复就要切掉适量的负荷。对于这种情况，可以通过改善系统中的同步发电机的保护来维持系统的平衡，防止发生更大规模的解列事故。在发电量的渗透率较高的系统中，为避免出现系统频率异常状况，要给系统中离风电场较近的传统的同步发电机配置低频减载保护。

（2）系统振荡问题

出当系统发生振荡时，振荡电流随着风电场容量的增大而不断增加。在风电场附近常会因振荡电压波动得变化大小而使得系统电流速断保护出现误动作。自适应过电流保护是解决系统振荡问题的较好方法，同时，也常用振荡闭锁装置来解决系统中可能发生的距离保护的误动作。

3.3 系统保护技术

系统保护技术不同于线路或元件保护，不是为了保护某一特定的设备，而是通过改变系统结构，起到安全保护的作用。

（1）失步保护

在大扰动后，系统内各发电机失去同步运行，导致系统解列，这时就要用到失步保护。在失步保护中，当系统真正失步时，可以跳开线路，从而解列系统；为减小断路器遮断电流，在系统中角度不断减小且小于120°时，要启动跳闸；为避免不必要的切除负荷，使两侧系统的负荷和发电能力大体平衡，选取解列点；系统解列时，闭锁线路一侧的自动重合闸继电器或跳闸继电器。失步保护根据风电场在系统中的渗透功率的大小不同，其定值的延迟时间应做相应的调整，以躲过风电场投入或退出造成系统的短时振荡。

（2）柔性交流输电

因风能的不稳定性，风电场发出的功率是动态变化的。可以根据系统功率的变化，使运送功率自动调节在一个恒定的范围内。在系统中并入大容量的风电场，为控制短路功率，最好在系统中加装FACTS 设备，采取柔性输电的方法。

（3）柔性直流输电

柔性直流输电系统的主要器件包括电压源换流器（VSC）、换流变压器、换相电抗器、直流电容器和交流滤波器等。根据系统需求，电压换流器可以方便地进行整流 / 逆变运行状态转换；两侧换流器协调控制运行，实现两端交流系统间的有功功率交换。

2.4 动态无功补偿改善风电场并网电能质量

静止型动态无功补偿装置（SVG）采用可控型电力电子开关器件，既能主动发出无功功率，也能吸收无功功率，属于典型的有源补偿装置。SVG装置具有以下特性：

（1）不依赖电压，表现为恒流源特性，运行范围宽，补偿容量大；

（2）响应速度快，装置响应时间一般≤5ms；

（3）采用桥式电路结构，结合PWM技术和多电平控制技术，使得装置发出无功谐波含量较低。

3 结束语

风力发电的大规模建设使得风电场并网对系统稳定运行问题越来越不容忽视。本文从并网型山地风电场着手，从风电场对电网系统的影响上，提出了保持系统稳定性的各项对应措施。同时，为更细致更精确的研究和解决风电场并网问题，今后要更全面的搜集系统设备参数，分析影响电网稳定性的具体原因，更精准的进行系统保护配置。

参考文献

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[3]杨国生，李欣，周泽昕.风电接入对配电网继电保护的影响与对策[J].电网技术，2009，33（11）：87-103.

（作者单位：大唐广元风电开发有限公司）