大规模风电项目并网运行系统稳定性控制

发表时间：2020-04-22T06:15:06.805Z 来源：《建筑细部》2020年第1期 作者： 张桂峰

[导读] 关于我国电网风电的“就地消纳”问题，由于各供电分区之间新能源项目接入与负荷分布特性存在差异，且线路中的潮流流向与网架条件、电源节点和负荷节点分布等多重因素相关，故我们考虑分情况进行讨论。张桂峰

国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西桂林 541400

摘要：关于我国电网风电的“就地消纳”问题，由于各供电分区之间新能源项目接入与负荷分布特性存在差异，且线路中的潮流流向与网架条件、电源节点和负荷节点分布等多重因素相关，故我们考虑分情况进行讨论。在考虑网络安全约束对电网可再生能源最大接纳能力的基础上，对电网关键设备进行分析，研究系统内是否存在由于可再生能源接入造成系统运行经济性变差的设备，并提出相应的解决措施。

关键词：风电场；并网运行；稳定性 引言

作为一种新型能源，风能具有很多优点，如无污染，来源广泛等，使其被社会各界广泛关注，并应用到电力实业当中，为我国电力实业的发展提供了重要帮助。然而，风电与电网连接时，往往会对整个电网造成一定影响，不利于电力能源的使用，对社会的发展造成一定危害。因此，对风电发展与并网技术进行研究具有重要意义，为风电与电网有效结合奠定良好基础。 1我国风电场并网运行特殊性

与世界其他地方不同，我国风电并网问题存在一定的特殊性，主要表现为如下两方面。一方面，众所周知，风能资源的分布在我国相对集中，华北、西北、东部沿海等一些地区都是风能资源丰富的地区。地理位置的不均衡就造成了我国一些百千万级别的大型风电场输出风电时，输出模式务必要接入超高压系统。与我国相比，德国最大风电场为 6×10 4 kW，而丹麦风电场装机容量大部分仅仅为2×10 4 kW 左右，欧洲国家风电的间歇性与冲击对于其风电输电系统并不会造成大规模影响，因此这一些地区风电场电网的调频、稳定性等各类型问题都相对简单。不过随着大型风电场的不断发展，风电系统附加于同步电网之上的影响力逐渐提升，这就造成了电力系统稳定机理会发生极为显著的变化。实际调查可以得知，在我国，千万千瓦级别的大型风电场目前仅仅可以对接输电系统，这就导致大规模风电系统的随机扰动很难获得平抑及分散，这也一定会导致整个输电系统的动态特性更为复杂化，并导致其对于输电系统电能质量的控制难度进一步提升。另一方面，在我国，大型风电场在输送风电时采取直流输电系统，即借助“风火打捆”，利用一种超高压直流输电方式，使得西部地区大型风电场所生成的电能输送到东部负荷中心。这一种电能输送模式并没有先例，故而运行时，会存在一定程度的技术障碍问题。 2大规模风电项目并网运行系统稳定性控制 2.1可再生能源并网对电网安全稳定性的影响

风电的发电特性完全不同于传统的同步发电机，由此导致对系统暂态稳定性的影响不同。同步发电机由于内部磁链的存在，暂态过程中常用电势表示，控制电压的能力强，但功率受到功角的影响。和同步发电机相比，风机控制电压的能力弱，但是功率的可控制力强，可以通过电力电子装置来灵敏的调节功率，不受功角影响。因此，动态过程中风机功率控制能力强而电压控制能力弱，同步机功率控制能力弱而电压控制能力强。风电控制功率能力强，控制电压能力弱，对暂态功角稳定有利，对暂态电压稳定不利。 2.2规划设计环节

桂林地区风电均为山地风电场，其并网区域与小水电集中并网区域基本重叠，受季风气候影响，风电、水电出力具有很高的同时性。而山地电网往往较为薄弱，风电、水电大发时极易造成输电线路、主变重载，增大网络损耗。 2.3风电机组与常规同步机组的交互作用与协调控制问题

目前，针对并网风力发电稳定性的大量学术型研究中，大部分主要针对大型风电场运行环节的大电网整体稳定性予以常态性研究。主要原因在于大电网稳定一旦遭到破坏，势必会造成整个大型风电场的任何接入元件运作存在一定的故障。故而大电网接入大型风电场系统之后，其稳定性到底会发生什么样的演变，是趋向于变好，还是趋向于变差，都难以得到一种较为系统性、固定性的结论。在平常研究中，不论是趋向于变好，还是趋向于变差都曾经有专家给予系统性的研究，而且研究过程、结果都相对较为公正。不过也存在一定的问题，主要为当电网大规模接受异步电机所导出的功率时，该怎么样才可以做到“趋利避害”，从而使得电网接入之后，整个大型风电机组的系统整体稳定性可以获得很大程度的提升。通过研究可知，风电机组与常规同步机组之间的交互作用与协调控制问题的解决突破口在于，研究大型风电场风电机组对于同步机组的影响，以及风电机组与常规同步机组两者之间所存在的交互作用与协调控制。

2.4无功补偿方式

通过大量时间研究表明，在风电并网时，存在很多问题，其中，最为常见的是电压稳定性较低，而导致这一问题出现的主要原因则是风电设备运行过程中，需要一定的无功功率表，特别是异步发电机，这一问题更加显著。所以，想要使电网更加良好的运行，应采取科学、合理的无功补偿方式，具体来说，可以从以下几个方面着手：（1）在现有风电系统内，安装动态无功补偿装置，如SVC补偿器等，通过这类设备的使用，优化风电的暂态性能，增加风电场的最高容量。确定SVC容量时，不仅要考虑SVC的调节性，同时还要集合风电场的容量，关注电网的内部结构等。（2）改进电网结果，或者是提高符合功率，也会增加风电容量，并优化风电暂态性能。（3）对风电系统进行检查，确保其无故障之后，将低电压的部分隔离，使得整个风电系统运行时，能够一直采用最佳的控制方式。但需要注意的是，若隔离部分较多时，应分析电网调控性能，确保低电压部分隔离的同时，不会对调节功能造成较大的应用，使电网可以安全、稳定的运行。 2.5基于内点法的风电光伏就地消纳能力计算方法

使用的是跟踪中心轨迹内点法，在过程中以松弛变量和拉格朗日乘子是否能满足大于或小于零为条件，代替原来的内点法中较为抽象的要求在可以进行的区域内迭代求解的要求，最优潮流数学模型的目标函数为：约束条件：（1）等式约束条件系统共有n个节点，每个节点有2个潮流方程，对非发动机节点i：对发电机节点i：（2）不等式约束条件将其目标函数改造成障

下转第322页