风电场的电压特性研究

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：由于风电机组的有功输出随其输入风速的波动而变化，因此将进一步影响风电场集电系统、风电场升压变压器高压侧及风电场接入点的电压波动。风电场对电网电压无功的影响已成为限制风电场装机容量的主要障碍之一。

1.功率流动与电压降

电网中各节点的电压水平是由电网的潮流分布决定的，电源和负荷的功率变化都会影响潮流分布，引起各节点电压变化。

对于电压等级较低或长度较短的输电线路，电导和电纳参数往往很小，甚至可以忽略不计，因此，输电线路的简化等效电路可表示为图6-5所示，功率从线路的左端（称为送端）送到右端（称为受端）。

图6-5 输电线路的简化等效电路

图6-5中，为送端电压，为受端电压，Z=R+jX为线路阻抗，S=P₁+jQ₁为沿线路流动的功率。线路两端的电压降落为

一般情况下，线路两端电压相量的相位差很小，因此有U₁=U₂+ΔU。由式（6-11）可以看出：

1）线路上的电压降同时由线路的阻抗参数和传输功率确定，当线路传输功率变化时，线路电压降落也是变动的，这将造成节点电压波动。

2）线路电压降落会影响送端或受端的电压。如果送端电源很强而受端电网较弱，功率输送造成的电压降主要影响受端电网电压；如果电源接入的是大电网（即接入点具有很大的短路容量，可以近似认为容量是无穷大的），则功率输送造成的电压降主要影响送端电压。

2.风电场有功出力变化对电压的影响

风电机组的机端电压等级较低，一般为0.69kV，需要经过风电机组变压器升压至10kV或35kV后，进入风电场内集电线路再进行电能传输。风电场内集电线路电压较低，短路容量较小，线路的电阻参数较大，因而有功功率对线路电压降的影响比较明显。

由于风电机组的有功输出随其输入风速的波动而变化，因此将进一步影响风电场集电系统、风电场升压变压器高压侧及风电场接入点的电压波动。

3.风电场无功功率变化对电压的影响

风电场功率输出要经过风电场主变压器升压后经高压输电线路送入电网。因为风电场主变压器和风电场向电网送出电能的输电线路的电抗参数远远大于电阻参数，所以风电场在输出有功功率的同时，风电场主变压器和送出线路要消耗较多无功功率，并进一步影响风电场主变压器及接入电网点电压^[2]。又因为风电场作为发电站，以获取自然能源并输出电能为主要任务，往往追求最大程度的电能输出，所以一般不会对有功功率进行限制。因此，无功功率对电压的影响就更加受到重视，这也是风电场电压控制的主要理论依据。

我国的风电场大多处于电网末端，风电场并网运行对电网无功和电压的影响已成为特别需要关注的问题之一。根据已建风电场的运行情况，由于风电场所接入电网电压水平较低，电网维持能力较弱，风电机组因欠电压保护动作而退出运行的情况时有发生，在某些情况下甚至出现随风电场出力增加，地区电网电压质量无法保证的现象。风电场对电网电压无功的影响已成为限制风电场装机容量的主要障碍之一。

风电场的电压特性研究

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