环境恶化、资源短缺已经成为人类生存和发展的挑战，而发展包括风能在内的可再生能源则是应对挑战的重要策略。目前，风力发电在全球已经得到了迅速的发展。风能资源作为一种绿色低碳的可再生能源，对改善能源结构、减少碳排放等方面具有很好的帮助作用，是以后清洁能源利用的一个方向。鉴于风能的随机性、间歇性特征十分显著，与风电场运用异步发电机的部分特性，受到风电装机容量日益扩大的影响，使其在配电网中的作用逐渐变大，应该确保风电并网运行的安全性与稳定性。面对此过程当中经常出现的风电系统电能质量降低、电压失稳等问题，有必要积极开展针对并网风电场带给电压稳定性影响情况的探究工作。

1风电并网的概述

风力发电机组采用异步发电机技术，其静态特性和暂态特性各有特点。风电场对电网的干预将对区域电网的电压产生一定的影响。原来，区域电网是根据本地区地使用和生产条件作出的具体调整，具有一定的稳定性。风电的引入将导致风电自身格局的破坏，这将对风电的稳定性产生一定的影响。这种影响对电网运行有一定的不利影响，需要在实践中加以研究，并采取一定的措施加以避免。风电并网是风电发展到一定程度的必然途径，可以有效节约电网供电系统的成本，从而最大限度地利用资源。然而，在风电网络中，会出现两种不同属性的供电方式，这两种供电方式会产生一定的影响，使其不稳定。

2风电场的电压特性

2.1有功出力变化对电压的影响

风电机组的输出功率通过0.69/35kv升压变压器、集电架空线和进线电缆送至330kV升压站低压侧。该段线路短路容量小，电压等级低，等效阻抗电阻参数较大，不可忽视。因此，有功功率对线路电压降的影响是明显的，有功功率输出越大，影响越严重。为了提高风力机的发电效率，大多数风力机都配备了变桨距功能，以充分利用风能资源。风电机组有功功率输出随风速的变化会引起风电场电网的电压波动。风力发电机组控制系统的控制算法、参数设置和塔影效应都会引起有功功率输出的周期性变化。在风机启动退出、风机超速保护或机组故障的情况下，风电接入系统和风电场集电系统的网格点会引起电压波动和闪变。

2.2无功功率对电压的影响

多个风电场产生的电能送至330kV升压站，经35/330kV升压变压器变压后，经高压输电线路收集送至750变电所低压侧，升压后送至无穷大系统（750kV输电网）。该段线路短路容量大，电压等级高，等效阻抗电阻参数小，可忽略不计，只留下电抗参数。风电场无功负荷主要为恒速恒频风电机组（如为变速恒频风电机组，则无功消耗大大降低）、升压变压器和架空线路，无功电源主要包括无功补偿装置和输出线路的充电电源。在系统运行的各个阶段，无功功率与无功负荷之间的平衡关系决定了风电场电网的电压水平。当无功电源远大于无功负荷时，风电场的电压会升高到允许的上限以上，严重影响电力设备的绝缘性能；当无功电源略大于无功负荷时，风电场电压升高，改变输电网的潮流分布，影响电力系统的运行方式；当无功电源略小于无功负荷时，风电场电压降低，也会改变输电网的潮流分布，主要影响无功补偿装置的补偿量；当无功功率远小于无功负荷时，风电场的电压降将低于允许电压限值，甚至导致系统电压崩溃。我国大部分风电场距离负荷中心较远，电力通过输电网传输到负荷中心。因此，风电接入系统对无功平衡/电压偏差的影响已成为关键问题之一。

3风电并网对于电力系统稳定性的影响

风电并网后，主电网的输出功率将降低。然而，风能具有一定的随机性和不可调度性，受自然因素的影响很大。在某些季节，风能相对丰富，因此发电量相对较多。在某些季节，风能相对匮乏，导致电能输出较低。在各种条件下，它对供电的可靠性和稳定性有很大的影响。而且，我国风资源分布相对不均。为了保证风电出力和整个电网的稳定，在电网末端建有风电场，风资源丰富。风电并网后，其影响将扩大，传统的控制方式无法发挥其作用。当稳定性受到影响时，可能导致整个电网的故障，影响区域电网的运行。

4风电并网的主要问题

4.1电压波动和闪变

目前大部分风电机组都已实现了软并网，但是，由于风电机组的启动存在着很大的冲击。当速度大于切断速度时，风扇将在额定输出功率下自动停止运转。若风电场中全部风机在同一时间运行，则其对配电网络的影响将非常显著。除此之外，风速的变化以及风机的塔影效应都会造成风机出力的波动，而其波动恰好处于可以产生电压闪变的频率范围之内（小于25 Hz），当风机在正常运转时，也会给电网带来闪变问题，对电能质量造成影响。风电并网运行时，造成电网电压波动、闪变等现象的主要原因是风电机组出力不稳定。风力发电系统中的有功与无功共同作用于电网电压的变化。风力发电机的有功功率在很大程度上取决于风速；对于无功而言，恒速风力机所需的无功会随着有功的变化而变化，而双馈电动机通常都是恒定的功率因子，所以其无功的变化幅度很小。

4.2谐波的影响

风电对电网产生谐波的原因有两个：一是风机自身装有功率电子器件，它会产生谐波；恒速风电机组与电网直接连接时，由于要在软启动时采用功率电子器件连接到电网，会引起一些谐波，但这一过程非常短暂，且频率极低，一般可忽略不计。然而，对于变速风力发电机来说，它并不存在这样的情况。变速风力发电机通过整流和逆变装置接入系统，如果电力电子设备的开关频率刚好在产生谐波的范围内，那么就会产生很严重的谐波问题。随着电力电子器件技术的发展，这个问题正在逐渐被解决。二是风电机组并联补偿电容与线路电抗之间存在共振。在实际运行过程中，曾检测到过风电场输变电变压器低压端出现过多的谐波。

5风电并网对于电力系统稳定性影响的应对措施

5.1优化风电场作用下的电网结构

目前，为了节约资源，我国风电场建成后，大多与当地已建成的电网设施直接并网。在并网过程中，忽视了对电网自身属性的关注，导致引入风电打破自身结构。对此，笔者认为，可以在风电场建立之初就了解和优化当地电网体系，从而减少风电引入的影响，使二者协调起来。

5.2减少地区风电的依赖性

我国风资源分布极不均衡，有的地区资源相对丰富，有的地区全年无风资源。因此，在风电场建设中，大多是风资源相对丰富的地区，由于资源丰富，对风电场的依赖性不断提高。但是，在一些特殊的天气条件下，这类地区会出现风资源不足的情况，这使得该地区的电力供应在某些特定条件下无法满足，这就使得电网运输脱节。面对这种情况，该地区应尊重风能的不可预测性，适当引入风电，而不是将大部分能源需求放在生产方式上，以减少风电对地区能源的影响。

5.3在风电场建立无功补偿措施

在电力传输过程中，由于缺乏对电网的掌握，可能会造成不必要的电力消耗，因此有必要加强对电网的传输控制。风电并网后，传统的控制方法会影响系统的稳定性。因此，需要一种新的无功补偿措施。该措施能有效保证电网无功功率的局部平衡，且无功循环相对较小，从而有效提高电网电压的稳定性，减少网损和电网故障。

5.4减少地区接入风电场容量

这不同于减少地区对风电的依赖。也就是说，这个地区计划建设多少个风电场，在这个建筑布局上，需要做一定的调整。如果在同一地区并网的风电过多，对电网的影响就越大。因此，在建设过程中，要尽量避免风电场过多。电网发生健全故障后，可及时切除部分风电场，实现离网运行，保证送电。

5.5低电压穿越技术的应用

5.5.1电网侧串联额外的变换器

采用两侧串联变换器可以提高DFIG机组的LVRT能力。在此基础上，对故障电压进行补偿，保证双馈发电机定子电压保持在一个相对稳定的水平。最后，可以改善甚至消除由定子电压突变引起的各种负面影响，主要包括定转子电流、电磁转矩和无功功率振荡等瞬态电磁现象。同时，通过直流母线，可以将双馈发电机未来的输出能量输送到电网，有效防止直流母线电压严重高于正常值。因此，这种结构的LVRT性能非常优异，可以完成零电压穿越，但其缺陷是显而易见的。一方面成本相对较高，另一方面控制过程也不简单复杂。

5.5.2故障期间的控制策略。

近年来，大量学者致力于DFIGLVRT的实现研究。其主要思想是改进控制策略，即避免额外的硬控制电路带来的额外成本增加。根据以往的经验和技术，PI调节器大多采用定子磁场定向或电压定向的矢量控制方式，以便分别调节有功或无功功率，而且具有相当的抗干扰特性。但是，如果电网电压急剧下降，调节器很容易处于输出饱和状态，因此很难起到更有效的调节作用。因此，在电压下降到电压上升的过程中，双馈发电机不处于闭环控制状态。为了弥补这一不足，国内外许多学者围绕这一问题做了大量有益的研究，并提出了大量相关的改进措施。具体来说，一些控制方法是基于静止无功补偿方式；有些是基于励磁电压的：通过调节励磁电压，可以产生具有衰减特性的转子电流空间矢量，并包含相应的漏磁场分量。

6结束语

风电并网在一定程度上是我国风电场建设的必然要求，对我国电力供应具有一定的效益。但是，经过长期地发展，我国电网建设已经有了一定的稳定性。风电场的并入或多或少会对这种稳定的结构带来一定的影响。面对这种情况，我们必须采取一定的措施加以规划，避免区域性供电故障，影响其经济社会的正常发展。

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