常用风电机组并网运行时的无功与电压研究

常用风电机组并网运行时的无功与电压研究

田克琴

国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西壮族自治区桂林市 541400

摘要：本文主要针对常用风电机组并网运行时的无功与电压展开研究，先详细分析算例系统，然后在风电机组接入系统后的无功和电压分析过程中，主要论述定速风电机组、变速风电机组等内容，旨在确保电压良好的控制效果，将无功调节能力充分发挥出来，实现风电机组并网的高效运行目标。

关键词：风电机组；并网运行；无功与电压

风电场接入电网，对系统的稳定性产生了很大的影响，所以在风电场设计规划过程中，必须要对风电场接入对系统的稳定性影响保持高度重视，要对系统的无功补偿和电压调整方案予以明确化，不断提高风电场并网运行的稳定性和可靠性。其中，对于单台风电机组的运行特性进行分析，不仅是风电场的重要构成环节，而且也影响着整个风电场的稳态行为。在需要对风电机组进行选购方面，要对不同电机组的运行特性进行分析，从而确保机组选型可以大大推动本地电网运行效率。

一、算例系统

以某地区风电场为例，简称为A，详细计算分析风电场的稳态运行特性。图1为电网结构示意图。首先，定速风电机组，在1号风电场安装运行中得到了广泛应用，在66KV输电线路的帮助下，实现在1号变电站的顺利接入。其次，变速风电机组在2号风电场安装运行中得到了广泛应用，在220KV输电线路的帮助下，实现向2号变电站的顺利接入。

图1 用于稳态计算的电网结构

在风电机组的稳态特性分析过程中，PQ节点往往选取机端母线，但是在具体模型中，应对不同风电机组的运行特性进行分析。针对定速风电机组，在其不同有功出力时，应对功率因数的变化进行分析^【1】。NM750/48风电机组数据如表1所示。此外，应加强恒功率因数控制和恒电压控制模式的应用，将其纳入到变速风电机组中，在风电场出力变化时，应对不同类型风电机组相关节点电压的变化情况进行计算。

表1

结合相关技术规则了解到，220kV 、66kV母线的电压偏差最低控制在系统额定电压的-3%，最高则不得超过+7%。

2. 风电机组接入系统后的无功和电压分析

1. 定速风电机组

在具体运行过程中，会对无功功率进行汲取，所以要想给予并网运行一定的保障，应将适宜容量的电容器接入到风电场升压变低压侧之中，从而发挥出对机组运行过程中的无功消耗的补偿作用，确保风电机组自身运行具有较高的稳定性和可靠性。

在2号风电场无法继续运行的情况下，1号风电场出力(P1)变化比较明显，会影响到相关节点的电压变化。由此可以看出，如果1号风电场出力处于增加趋势，其机端电压和1号变电站 66kV 侧的电压变化趋势主要为先增大后减小。如果1号风电场出力在75%以上，这 2 条母线的电压均在1.0pu以下，而风电场满发时，其电压并不高，最低为0.87pu^【2】，这与所要求的电压限值并不相符。对其原因进行分析，主要是因为恒速风电机组，在1号风电场的机组中得到了充分体现，在并网运行过程中，需要在系统中对无功功率进行汲取，而且由于不同出力对应的功率因素具有明显的差异性，在出力较大的情况下，可以吸收较多的无功，所以导致相关节点的电压往往处于较低的水平之中。要想不断提高风电场运行效率，无功补偿非常重要，所以在1号风电场升压变低压侧中，对补偿 8Mvar电容器展开应用^【3】，在风电场有功输出在75%以上的情况下，对该电容器进行投入使用。通过上述补偿措施的实施，风电场满发时，其机端电压为1.015pu，1号变电站66KV侧的电压为0.982pu，所以可以对风电场的运行予以一定的支持。

基于本质视角，定速风电机组，通过应用于大装机容量的风电场，如果风速变化明显，很难对投切电容组现象进行自动化跟踪，所以应加强静止无功补偿器的安装，将调节能力大大提升上来。

（二）变速风电机组

恒功率因数控制和恒电压控制模式，是装配双馈感应电机的变速风电机组的重要构成内容，对以V52-850kW型风电机组进行分析，功率因数变化最低为-0.95，最高为0.98，在风电场设计规划过程中，应从电网实际情况出发，对功率因数范围予以正确选择。该处风电机组的功率因数选取为1，也就是说，机组和电网之间的无功交换缺失。假定在1号风电场满发的状态下，恒功率因数控制模式应用于2号风电场。由于1号和2号风电场电气距离并不远，所以2号风电场的运行情况，严重影响着1号风电场。由于2号风电场出力(P

₂）的增加趋势显著，1号变电站66kV侧母线电压不断升高^【4】，当然2号变电站220KV侧也涵盖在内，其中，更高的则是1号变电站66kV侧电压，其最高值为1.098pu。要想有效维持风电场接入后相关节点的电压，应加强无功补偿措施的应用，为无功调整提供依据，在2号风电场升压变低压测，通过对12Mvar的并联电抗器的安装，补偿后各节点电压值处于1.071~1.003pu之间。

在风电场的变速风电机组中，通过对恒功率因数控制模式的应用，要对实际情况进行分析，确保无功补偿安排的合理性。如果系统运行方式的变化显著，极容易扰动风电场母线的电压，如果对固定电抗器进行简单投切，很难对电压予以更好地维持。

此外，变速风电机组在恒电压控制的帮助下，其功率因数可以实现有效调节，在风速变化较为明显的情况下，可以对风电机组输出端电压的波动状态进行控制，电压控制功能，与机组可输出的无功功率范围有着一定的联系。要想给予恒电压控制效果一定的支持，增加2号风电场的装机容量，具体变为200MW。

2. 结束语

综上所述，现阶段，风电场装机容量的扩大趋势越来越明显，风电场对电网的无功和电压的影响程度也愈发高涨。要想不断提高风电场和接入电网运行水平，并深入分析和计算风电场接入过程中的无功和电压，并将选用机组类型的控制特性考虑进去。如果地区电网处于比较薄弱的状态，应对变速风电机组予以优先选择，这对于提高系统电压的稳定性具有很大的帮助。

参考文献：

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[3]杨国生,王增平,欧阳金鑫,王晓阳,郑迪,熊小伏.考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法[J].电网技术,2018,42(07):2185-2193.

[4]肖春,韩肖清,王康宁.并网运行风电机组电压稳定性分析[J].河南科技大学学报(自然科学版),2014,35(06):47-51+56+7.