基于風電場投切對地區電網電壓的影響研究

歐亮亮

（江蘇龍源風力發電有限公司，江蘇 南通 226400）

風電場是地區電網的重要建設內容，對地區電網的平穩安全供電具有至關重要的影響。由于風電場本身具有隨機性和間歇性的特點，因此可控性較低，投切現象會對地區電網電壓的穩定造成極大影響，尤其會降低風電場周邊變電站的電壓質量，因此在風電場的初期規劃中，必須對接入系統進行嚴謹的規劃。為了保障規劃的科學性，對風電場投切的影響研究很有必要。

1 風電場系統電網的特點分析

1.1 發電具有隨意性

電力系統在接受發電廠供電時，一般能夠對發電量進行控制。例如火電廠、水電廠、核電廠等發電站在進行發電時，可以根據區域電網中具體所需的發電量進行供給，而風電場的發電量卻是不可控的，在發電時具有隨意性。造成這一現象的主要原因在于風電場主要依靠風力進行發電，由于風力資源的大小，其本身就具有不可控的特點，因此在具體應用中也會出現這一特點。

1.2 不交換無功功率

風電場在規劃建設時，一般會選擇兩種類型的發電機組，一種是普通異步發電機，另一種是雙饋感應發電機。普通異步發電機的特點是恒速發電，雙饋感應發電機的特點是變速發電。利用普通異步發電機進行發電時，發電機組會對電壓造成波動，影響發電的穩定性，同時還會在電力系統中吸收無功功率；雙饋感應發電機在發電時會與電力系統進行功率交換，但是既不吸收無功功率，也不發送無功功率。

1.3 系統電網結構薄弱

風電場一般建立在距離城鎮較遠的郊區的寬廣地帶，這是因為風力資源在開闊地區能夠發揮更大的效率，因此風電場的規劃建設一般處于地區電網的邊緣地帶，這導致地區變電站接入風電場的線路與其他相比過長，我國很多省份的風電場與地區變電站的距離平均達到100km以上，因此風電場系統電網的結構也相對比較薄弱，很容易因為變電站電壓等級的變化對地區電網電壓造成不良影響。

2 風電場投切對地區電網電壓的影響分析——以國電A風電場為例

2.1 概述

本文以某風電場為例，對該風電場運行過程中的典型方式進行比較和分析，根據各項具體參數的比較，計算出電壓的不同，從而得出地區電網電壓的波動效果。A風電場位于某省的東北部，是地區系統電網中的末端部分，與a城鎮電網之間的距離為80km，風電場容量達到27．68MW，遠期規劃A風電場容量達到450～500MW之間。A發電廠與a城鎮電網之間的連接線路為220kV，線路總長為108．37km。在A發電廠小負荷運行的情況下，a城鎮220kV的電壓于A風電場偏高，這對地區的電網電壓造成極大的波動。

2.2 不具備補償裝置的220KV電網電壓計算

（1）風電場不發電。本次主要對A風電場冬季大負荷運行方式和小負荷運行方式進行研究，在220kV的變電站條件下，計算風電場不具備補償裝置時的電網電壓值。根據潮流計算發現，在A風電場不發電的情況下，220kV發電站電壓會在小負荷運行的狀態下達到最高，而其他變電站的電壓會相對下降，造成這一現象的主要原因在于冬季小負荷運行時，a城鎮的用電負荷會減少到90MW，A風電場的無功功率會向其他風電場陸續倒送，因此，綜合下來A風電場的電壓最大。

（2）冬季小負荷和大負荷運行方式。對A風電場冬季小負荷運行和大負荷運行的方式進行分別計算，發現在小負荷運行的情況下，a城鎮電網系統的無功功率會發生剩余現象，尤其是A風電場送電線的無功功率會達到最高，因此該地區間各變電站的電壓會升高。在80～130MW的出力情況下，A風電場的電壓會上升到240kV。

（3）風電場出力變化。在220kV電網電壓不具備補償器的情況下，A風電場的出力會經歷大幅度的變化，最低值為0MW，最高值達到250MW，而地區電網的電壓值最高達到240．37kV，最低為228kV，均超過220kV的變電站電壓等級，其電網電壓的變化幅度達到了10%以上。

2.3 具備補償裝置的220kV電網電壓計算

為補充地區電網中的無功功率，A風電場在輸出電壓的配電裝置上，裝置電容器組這一無功補償裝置，從而對地區電網電壓的穩定性進行改善，裝置電容器組后的改善效果如表1所示。根據圖表中的數據分析可知，2017年不同區域配置電容器組后，電網電壓值表均有所變化，其中電壓值的高低與電容器組的容量之間呈反向對比的關系，及電容器組的容量越高，電壓值就越低，因此各區域安裝點的電壓值與不具備補償裝置之前的電壓相比，都呈現出下降的趨勢，其中A風電場的調壓效果顯著。

表1 2017年不同區域配置電容器組后電網電壓值表

2.4 500kV變電站對電網電壓的影響

（1）220kV變電站不具備補償裝置的電壓計算。在冬季小負荷運行的情況下，A風電場會對地區電網電壓值造成波動。在風電場接入500kV變電站、不配置電抗器的情況下，A風電場的出力分別為0MW、125MW、260MW、400MW，其對應的A風電場、安裝點1、安裝點2、安裝點3和安裝點4的電網電壓值分別為 236．8kV、236．8kV、235．4kV 和 233．8kV。

（2）變電站具備不同容量補償裝置的電壓計算。在冬季小負荷運行的情況下，將500kV的變電站始終投入運行，設置10Mvar電抗器后得到a城鎮的電網電壓值如下：A風電場的出力分別為0MW、125MW、260MW、400MW，其對應的A風電場、安裝點1、安裝點2、安裝點3和安裝點4的電網電壓值分別為236．7kV、236．7kV、235．2kV 和 233．4kV。

（3）500kV變電站投入風電場對地區電網電壓的影響。從上述的數據分析得到以下結果：

①在220kV等級的變電站設備下，無論風電場是否配置電容器組，變電站與地區電壓之間的關系始終呈現出正向對比的關系，也就是說風電場的出力程度越大，變電站的電壓值就越高。但是在風電場無功功率達到一定程度時，變電站的電壓又會呈現下降的趨勢；在500kV等級的變電站設備下，變電站與地區電壓之間的關系也呈現正向對比的關系，風電場的出力程度越大，變電站的電壓值就越高，風電場的無功功率達到一定程度時，變電站的電壓會下降。

②A風電場的出力分別為0MW、125MW、260MW、400MW，在這一變化的過程中，220kV母線電壓的波動率為2．2%，而其他電壓與風電場的出力程度相比，存在反向對比的關系，也就是說風電場出力的程度越大，電壓值就會相應變小，而其中A風電場的電壓值變化最小，主要原因在于接入500kV的變電器和配置電容器組后，A風電場的電網結構得以增強，因此對地區電壓值的影響力度也相對變小。

③對不具備補償裝置的220kV變電站、具備10Mvar補償裝置的220kV變電站的電壓值計算可知，A風電場變電站的母線電壓與電容器量之間呈現出反向對比的關系，也就是說電容器量增加，A風電場變電站的母線電壓就會相應減小。另外，在切除電容器組后發現變電站的母線電壓會升高，而在投入電容器組后發現變電站的母線電壓會降低，在接入500kV變電站后，母線電壓波動的數值為0．2kV。

④在對其他安裝點的電容器組進行投入或者切除時，發現220kV變電站的母線電壓波動較小。在接入500kV變電站、始終投入運行60Mvar的電容器組、將A風電場的出力程度由0MW、125MW、260MW、400MW進行遞增時，發現a城鎮電網中的無功功率會相應增加，造成這一現象的主要原因在于，A風電場由500kV變電站向220kV電網輸送電力時，會增加很多無功功率，因此地區電網電壓也會相應下降。

⑤通過接入500kV變電站對A風電場進行調壓控制，根據上文的計算結果可知，在配置低容量電容器組的情況下，需要在220kV側電壓升高時對電容器進行切除，在220kV側電壓降低時對電容器進行接入，從而保障地區電網電壓的穩定性。

3 結語

綜上所述，針對基于風電場投切對地區電壓電網影響的探究很有必要。研究可得，配置容量電容器組的高低對220kV側電壓有影響，要針對性投切才能保障地區電網電壓的穩定性。