风电并网对系统暂态稳定性影响的研究夏凡

风电并网对系统暂态稳定性影响的研究夏凡

夏凡杨柳

（国网孝感供电公司湖北孝感432000）

摘要：本文旨在结合一定研究成果的基础上，通过制定完备的研究体系，较全面的分析风力发电机并网的暂态稳定性问题。其主要内容包括：风力发电机并网后，风电入网对系统暂态稳定性影响的影响因子，然后研究风电入网对系统暂态稳定性影响的具体各个方面，最后通过对比分析风电场接入后对电网暂态稳定性的影响，提出建设性地解决方案。

关键词：风电并网；暂态稳定性；分析；解决方案

1并网后对系统暂态稳定性的影响因子

风电并网对系统暂态稳定性的影响因子主要包括：维持发电机间同步运行的暂态功角稳定性，系统无功功率不足而引起的负荷节点暂态电压稳定性以及故障期间因系统有功功率不足引起的暂态频率稳定性。下面将分别介绍这三种影响因子。

1.1暂态功角稳定性

暂态功角稳定性是指在电网正常运行的时候，系统中的所有发电机的转子速度保持同步且恒定不变。具体而言，当系统遭到大的扰动后，由于系统内结构、参数的变化，系统内的潮流和各类发电机的输出功率变化，系统维持各个发电机组之间的相对功角稳定的能力。发电机输出的有功、无功功率均与发电机的功角有关，在电力系统发生扰动后，某些发电机组输出的电磁功率增加，功角增大，某些发电机组输出的电磁功率减少，功角减小，从而使得一些发电机组之间的功角逐渐增大，如果电力系统的扰动较大，超出了发电机组恢复至稳定运行的能力，相对功角不断增大，无法维持稳定，发电机输出的有功和无功将持续波动，电力系统将失去暂态功角稳定。

暂态功角稳定性的分析方法通常采用系统数学模型基础之上的分析，系统可以用数学模型描述为微分与代数方程组：

式中：表示为微分方程组中描述系统动态特性的状态变量；表示为代数方程组中描述系运行参量。

1.2暂态电压稳定性

暂态电压稳定性是指电力系统在发生扰动后，不会出现电压持续降低导致系统崩溃的能力。暂态电压稳定性的时间大约从零秒至十几秒，电压稳定与系统的无功备用容量密切相关，通常认为系统在电压无功水平较高时发电机之间失去同步的情况属于功角稳定问题，而当功角偏差不大，由于局部或全网的电压下降导致失去负荷或大面积停电的情况则属于电压稳定性问题。值得注意的是系统的负荷特性是影响电压稳定性的关键因素。恒电流负荷不管其节点电压高低，都会直接影响系统的暂态电压稳定性。

2风电并网对系统暂态稳定性的影响

由于风电机组采用不同于常规同步机组的发电技术，运行特性显然也不同于传统的同步发电机，在系统发生故障时其暂态特性与传统的同步发电机有很大不同；大规模风电场的接入改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率以及整个系统的惯量，因此，大型风电场接入电网后，暂态稳定性会变化。

2.1风电并网对系统频率的影响

Q/GDW392-2009《风电场接入电网技术规定》中规定风电场应配置风电功率预测系统，要求预测系统应具有0到48小时短期风电功率预测以及15分钟到4小时超短期风电功率预测功能。风电场每15分钟应自动向电网调度部门规定的时间上报未来15分钟到4小时风电场发电功率预测曲线，预测值的时间分辨率为15分钟。风电场每15分钟应自动向电网调度部门规定的时间上报次日0到24小时风电场发电功率预测曲线，预测值的时间分辨率为15分钟。

目前国内还没有比较成熟完善的风电功率预测系统，通过风电场功率预测系统的大力建设，电网调度部门可以对风电进行有效调度和科学管理，提高电网运营效率和经济性。

2.2风电并网对系统保护装置的影响

为了减少风电机组的频繁投切启停对接触器的损害，在有风期间风电机组都保持与电网相连，当风速在启动风速附近变化时，允许风电机组短时处于电动机运行状态。风电场与电网之间的功率有时是双向流动的。因此，要求风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流，出现不对称故障时的短路电流也非常有限。因此，风电场的保护要求能够根据有限的故障电流来检测故障的发生，使保护装置准确、快速动作。另一方面，尽管风力发电提供的故障电流非常有限，但也有可能会影响现有配电网络保护装置的正确运行，这在最初的配电网保护配置和整定时是没有考虑的。

3风电并网系统暂态稳定性措施

通过风电并网对系统暂态稳定性影响的研究，结合我国目前的风电技术水平，提出以下完善措施。

3.1提高系统低电压穿越能力

系统受到扰动发生故障时，电压持续下降会引起系统内部电机转子发生局部电流过高的现象，局部电流不断升高不加控制就会引起局部直流端电压持续上升，电机的变流器就无法正常运行，其电流和有功、无功功率都会发生变化，产生振荡。如果系统内的风电机组对电压波动或线路上的干扰没有丝毫抵抗能力，对变流器的参数发生改变没有调节能力，那么在系统受到干扰或电压跌落时，就会出现风电机组的电机陆续从电力系统中退出运行，不仅影响风电系统的可操作性，而且影响系统安全与稳定运行，因此，提高系统低电压穿越能力是十分有必要的。关于低电压穿越能力的其他具体内容上一节详细论述了。

3.2改善风电机组最低、最高运行频率

风电机组的运行频率一般只能限定在一定的波动范围，电力系统稳定运行时其风电机组运行频率的数值都在这区间内，不会跳出该范围。但当电力系统发生故障时，如果系统产生大量有功功率缺失，无功功率不断增加，电压不断升高，风电机组的系统功率不断下降，降出了该合理区间；或者风电电机大量退出运行，使系统的频率失去稳定性，在紊乱中不断波动，幅度过大会引起电网其它设备的安全运行。

因此，改善风电机组的运行频率不仅能提高风电并网机组的运行的稳定性，在电网故障时不脱网，而且能够为电网提供必要的电压支持和无功功率补偿。

3.3完善无功补偿系统

风电场周围地区的电网发生故障时，风电机组吸收的无功增加，造成风电场周围电网无功缺失，引起风电场并网节点周围地区暂态电压稳定性进一步下降。针对此问题，在风电场升压变的低压侧集中安装无功补偿装置，提高故障期间风电场并网节点的电压值，保证风电机组的正常运行。无功补偿装置分为电容器组、调相机、静止无功补偿器（SVC）和静止同步发生器等几种。

4结论

本文提出了风电场并网运行的暂态稳定性与系统暂态功角稳定性，暂态电压稳定性以及暂态频率稳定性有关，研究这些影响因素，有利用更进一步深入认识风电并网系统的暂态稳定性。同时介绍了风电并网对电力系统暂态稳定性的影响的具体内容，结合我国目前风电系统的结构特征和分布情况，提出可行性技术措施，其中包括提高低电压穿越能力要求，改善风电机组最低、最高运行频率和完善无功补偿系统三个方面。

值得注意的是，本文对研究风电并网系统暂态稳定性具有很重要的参考价值，但目前的技术手段仍有不足，还需要长时间的完善与改进。

参考文献：

[1]施鹏飞.2008年中国风电装机容量统计[EB/OL].（2009-03-05）.[2010-11-01].

[2]曹娜，李岩春，赵海翔，等.不同风电机组对电网暂态稳定性的影响[J].电网技术，2007，31（9）：53-57.

作者简介：夏凡（1986-），男，汉族，湖北孝感，国网孝感供电公司专责，硕士研究生，从事电力系统及其自动化方向研究。