对风力发电接入电网中的电压无功控制问题研究

李凯

【摘 要】风力发电具有节约能源、清洁和高效等优点，因此受到了较多人的关注，其发展也十分的迅速，当前我国许多地区都开始尝试通过风力发电满足人们的用电需求。然而大规模的风电接入也会对电力系统的运行产生影响，容易造成电压不稳或者是无功控制的问题。因此，对风力发电接入电网中的电压无功控制问题进行研究就极有必要了。文章将从风力发电接入电网中电压无功控制稳定性影响因素进行分析，探讨做好相关工作的方法和策略。

【关键词】风力发电；电压无功控制；问题研究

近些年来，随着科技的不断发展和进步，我国对再生资源的重视程度不断加大，政府投入了大笔的资金用于对再生资源的研究，风能作为重要的再生能源，其具有环保节能的优点，发展规模和速度不断的加快。而随着大规模风力发电站的建设，电压的稳定性问题也受到了越来越多人的关注。电网末端通常是风电机组接入的地方，其被称为受端电力系统。一定量的风电接入之后，地区内部负荷可能会被消除，其有助优化局部电网结构，降低电网损失的目的，有利于改善当地的电压水平。但是在风电场无功需求增大时，输电线路的无功损耗也将会增大，这样可能就会使得电网因为无功不足造成电压降低，电压的稳定性变差。

一、风力发电接入电网中电压无功控制出现问题的原因

一般来说，风电机组对于电压的变化是非常灵敏的，基本上所有的风机都安装有低电压保护器，当风电机组的端电压低于正常要求时，风机将会自动停止运行。因此，当系统受到外界干扰时，风电机组将处于低电压保护状态，系统的电压稳定性变差，最终可能会使得系统电压崩溃，影响风力发电的正常运行，而其导致无功控制出现问题主要是由以下几方面因素造成的。

1、负荷特性

在电力系统中，负荷类型繁多，其特性也各不相同。通常电力系统在运行静态仿真时，负荷可以分为恒电流负荷、恒阻抗负荷和恒功率负荷等不同状态。而这几种状态中，对电压稳定性影响最为明显的负荷就是恒功率负荷，其次则为恒电流负荷，恒阻抗负荷影响最小。在对电压稳定性和无功控制问题进行研究时，人们发现负荷的特性对于相关问题的分析显得十分的重要，如果以上几种分类无法满足需求时，在风力發电接入电网时，就需要对负荷特性进行建模，以控制电压的稳定性，做好电压无功控制问题。

2、风电场并网点的强弱程度

大规模风电接入电力系统时，并网点的强度与并网风电场的容量是成正比关系的，并网点电气强度会随着并网风电场容量的增大而逐渐增大。通常情况下，短路容量百分比可以用来表示并网点接入风电的程度，即风电场装机容量占并网点短路容量的比例，如果电网结构不同，那么其无功控制要求也存在有一定的差异，短路容量和百分比的控制也会不同，一般情况下，短路百分比可能会比较高。

3、风电机组的特性

当前，随着科技的发展和进步，风电机组的类型越来越繁多，根据划分标准差异，可以将其分为定浆距和变桨距风机、恒速风机和变速风机、异步风机和同步风机等。理想的风机在运行时一般很少出现问题，因此，维修也比较少。在风机运行时根据风速大小、速度变化等，可以进行有功功率和无功功率控制。风机的一个重要特性时具有较强的低电压穿越能力，大规模的风电接入以后，这种穿越能力将对电网稳定和无功控制带来极大的影响。

二、风电接入电网中的电压无功控制对电力系统的影响

当前并入电网大部分都是大规模分布式发电状况，当注入电网的功率比接入电网的整体负荷功率小时，由于线路上的电阻而损失的功率就会减小，这样电压就会升高，总的来说风力发电接入电网对系统的稳态电压分布状态具有一定的改善作用。由于风力发电机的类型差异、接入电网位置不同、风电场的容量不同因此其对于电压分布状态的改善作用也存在有一定的影响，如果在操作过程中操作不当可能就会对无功控制效果产生影响。据相关学者研究发现，负荷特性极限功率随着风电场的有功出力增大而增大，静态电压稳定性也因此而变强，但是负荷特性的极限功率也会随着风电场的无功需求减少而减小，这样电力系统的整体稳定性也会因此受到影响。此外，风电机组低电压穿越能力问题也与电压无功控制存在有一定的关联，其也会影响风力发电的正常运行。

三、风力发电接入电网中的电压无功控制策略

在风力发电接入电网中的电压无功控制问题分析过程中发现，大规模风电接入对电力系统的电压稳定性的影响比较大，风电接入电网必然会对电压稳定性产生一定的影响，其运行的安全性也难以得到有效的保证。因此，在接入电网之后必须要做好无功控制策略，其具体措施如下：

1、集中优化控制

这种方式主要是根据全网的状态进行优化计算，进而得出全网的电压无功的最优解，通过调度中心进行安全性分析并按照最优解实施电压无功集中控制。在这个过程中比较常用的算法有线性规划、遗传算法、人工神经网络等。线性规划的特点就在于其速度快，但其不容易收敛。遗传算法的收敛性比较好，但是速度相对比较慢，目前无法用于实时优化计算。人工神经网络是当前最为先进的算法，但是，该方法仍处于探索阶段。从理论上来讲，通过电网调度中心实施整个系统的电压无功集中优化控制是最为合理的一种方法。

2、就地分散控制

这种控制方式基本上是以变电站为单位实施的本地分散控制调节，调节电压和无功功率就地平衡。这种控制方式的优点就在于其使用原理比较简单，实施操作可靠。其有效的避免了无功功率经过长途输送流经各级输变电设备所造成的功率损耗和电压降落，但是由于其仅仅只能得到本站的数据，所以其特点是仅能够实现局部最优，无法实现全局最优，因此其控制范围有限。

3、关联分散控制

所谓的关联分散控制方式是以发电站为中心，结合事先规定的母线电压允许数值和该发电站与系统交换无功功率的允许范围，由安装于该站的高压无功综合控制装置根据该站的实时运行情况，对有载调压变压器的分接头位置和并联电容器进行优化自动调节，在有需要时也可由调度直接下达命令进行调节。这种调节方式稳定性、安全性和经济性都比较好，具有较高的应用价值。

4、做好环境监测工作

针对风力发电接入电网中的电压无功控制问题，除了以上两种措施以外，还需要做好环境监测工作，风力发电虽然优势众多，但是其也是最容易被外界因素干扰的一种发电方式，而且不同地区由于环境、地形等因素的影响，风力发电接入电网的影响也存在有较大的差异。因此，笔者认为在进行电压无功控制时，还需要做好环境监测工作，在风力发电接入电网时一旦发现外部环境出现异常时，要立即停止相关工作，采取有效的防范措施进行防范，降低无功功率对电压稳定性带来的影响。

总之，大规模风电接入电网必然会对电压的无功控制带来影响，进而可能会影响电压的稳定性。因此，对风电发电接入电网中的电压进行无功控制就极为有必要了，做好这方面的工作，能够更好的满足人们的用电需求，发挥风力发电的作用和价值，能够有效的节约能源和资源，其对于我国电力事业的发展和进步也有一定的促进作用。

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