風電并網對主電網影響的探討

二、風電并網對主電網運行的影響

    由于風速變化是隨機性的，因此風電場的出力也是隨機的。風電本身這種特點使其容量可信度低，給電網有功、無功平衡調度帶來困難。

    在風電容量比較高的電力網中，可能會產生質量問題。例如電壓波動和閃變、頻率偏差、諧波等問題⑴。更重要的是：系統靜態穩定、動態穩定、暫態穩定、電壓穩定都需要驗證。
當然，相同裝機容量的風電場在不同的接入點對電網的影響也是不同的。在短路容量大的接入點對系統影響小。反之，影響就大。

    定量分析風電場對主電網運行的影響，要從穩態和動態兩方面進行分析。穩態分析就是對含風電場的電力系統進行潮流計算。在穩態潮流分析中，風電場高壓母線不能簡單視為PQ節點或PU節點。含風電場的電力系統對平衡節點的有功、無功平衡能力提出更高要求，要分別分析含風電場電網在電網大、小運行方式下，是否滿足系統的安全穩定運行的各種約束。

    由于不同的風電機組的工作原理、數學模型都不相同，因此，對不同類型風電場的潮流計算方法也有所差異。對于異步發電機組組成的風電場。采用風電場、主系統分別迭代的方法：首先要設定風速，取值范圍為風機切入風速到切出風速之間。考慮尾流效應，利用RAHMAN模型計算出各臺風機輪轂處風速。根據各臺風機功率風速曲線，計算出各臺發電機出力P，以及整個風電場ΣP。再設風電場的電壓初始設定值值Uo，在不考慮風電場內部電壓損耗的情況下，所有風機出口電壓都設為Uo，從而根據Uo、P計算出各臺風機的無功功率Qi以及整個風電場的ΣQ。由于風電場己經計算出P、Q，因此可視為PQ節點，代入主系統進行潮流計算，得出風電場電壓U，將設定值Uo與計算值U進行比較，修正設定值，重新重復迭代，直至計算收斂⑵。

    由雙饋異步發電機組成的風電場：當雙饋異步發電機恒功率因數運行時，要先根據風力機轉速控制規律計算轉差率S，再計算風電場發出或吸收的無功功率Q，然后以PQ節點形式代入主系統進行潮流計算迭代。當雙饋異步發電機恒電壓運行時，以PQ節點形式代入電力系統進行潮流計算。在某個設定風速的計算完成后，改變設定風速，進行新一輪的計算。

    從上述計算過程可以看出，穩態含風電場電力系統潮流計算的結果，實質上是一個各風速下系統的潮流計算分布情況表。其中風電場零出力、最大、最小出力等3種情況需要著重關注。
動態過程分析，一般采用仿真的方法。要考慮異步發電機、雙饋異步發電機等不同發電機的模型以及風速、風力機、槳距調節等環節，用仿真程序PSS/E、PSCAD、Matlab/Simulink、PSASP等進行分析。分析的關鍵是各種風力發電機模型的選用。

    分析風電并網對主電網的影響，還需考慮風電場無功問題。風電場無功消耗包括：異步風力發電機消耗，雙饋異步發電機和直流永磁同步機沒有此部分；風機出口升壓變壓器，由于整個風電場升壓變數目眾多，有成百上千臺，疊加起來數量不小；風電場升壓變電站主變壓器消耗等。對于由異步風力發電機組成的風電場，應考慮電壓穩定性問題。如有必要，可采用動態電壓控制設備。

三、風電并網的經濟影響