新能源 鞭 风电并网后的电网稳定性影响因素分析及 应对策略 王永辉，陈新，刘冰 （许继电气股份有限公司，河南许昌４６１０００） 摘要：分析风电并网后的电网稳定性影响因素，并制定有效的处理决策，确保风电并网后可以安全运行。 关键词：电网稳定性；风电并网；因素分析；处理决策 ０引言 风电并网后电网的运行状况，将会直接关系到 发展风电并网项目是否可以盈利，并且也会影响整 个电网运行的安全性和稳定性。介绍风电并网后影 响电网稳定性的相关因素，分析其原因并制定相关 技术处理决策，确保风电并网后的电网稳定性，保障 电网运行安全。 １风电并网后影响电网稳定性的因素 １．１电压波动与闪变的影响 风电并网后。若有大容量的风电场接人到电网， 会引起电网的电压波动、闪变，同样，风电机组的电 力、电子设备运行中会产生谐波，也会导致电压波 动。现实中的风电场往往是建设在我国人口稀少的 地区，处于风电并网供电网络中的末端，因此承受电 压冲击的能力是较弱的。在风电场并网运行过程中， 并网风电机组的输出功率产生波动，也会引起电网 的电压波动与闪变。在风电并网后，不论是有功功率 的电流还者是无功功率的电流。都会对风电并网后的 电网运行造成电压降落。电网的风电机组内输出功率 产生波动，则将会导致有功功率电流、无功功率电流 都产生变化，将会引起电网的电压波动、闪变，影响电 网的稳定性。在实际风电并网之后，若是风速产生变 化，则将会影响电网内风电机组的输出功率。 风电机组内风速的变化，是由当地的自然条件决 定的，因此风速的随机性较强，风电机组风速变化快 时．并网之后电网内风电机组输出功率的变也会加 快，降低电网电压稳定性，引起电网的电压波动与闪 作者简介：王永辉（１９７２一），高级工程师，研究方向为电 力系统保护与控制、电力系统产品检测。 收稿日期：２０１７．０４．０２ １５３；ＷＷＷ．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｍ；自动化应用 变。 １．２风电场电压失稳因素 风电场并网电压降落值可表示为： Ｕ （、 ＰＲ＋ＯＸ）、 ， ／ ● 式中，Ｐ、ｐ分别表示电网中风电场的有功功率输 出与无功功率输出，Ｐ＞Ｏ，Ｑ＜０；Ｒ、Ｘ表示电网内联络线 中的阻抗参数； 表示电网的风电场端电压。 在风电并网后，若风电场向电网系统输送有功功 率，则将会产生电压分量，并且电压分量在输电线电 阻上，在电网输电线中，其电抗 能够降低电网风电 场机组端的电压分量，影响电网运行稳定性。 １＿３电网运行控制手段单一 电力系统中的所有电源都是恒定电源并不是一 件好事，因为需求侧的变化是每时每刻都在发生，所 以一个稳定的电力系统，应该能够具备好的灵活性， 还应该有更好的平衡电网运行的能力。随着目前我国 风电并网项目建设的数量增加。风电机组相应增加。 若是不能采取合理的控制方法，则风电将会降低电网 稳定性。更大范围内（或电网覆盖区域）的电力平衡有 助于平抑风电波动幅度。由于风电的接入，运行方式 经常发生变化，导致母线电压波动频繁，而目前控制 手段比较单一。 １．４无功补偿设备不满足实际应用需求 无功补偿是保证电压合格的重要因素，无功补偿 又分为容性补偿和感性补偿，缺容性无功，则电压偏 低，缺感性无功，则会出现电压偏高。某７５０ ｋＶ风电 合并电网内．其变电站可控电抗逐级投切引起７５０ ｋＶ 母线电压波动最大为０．４３％，不能完全满足系统稳定 运行的要求。 １．５母线电压因素 在风电并网之后，若是可控电抗器所在母线处所 连的线路负荷以及变压器的负荷较重，则母线周边系 新能源 — 黪 统将会给线路带来较大的无功供给，降低母线电压平 衡，影响电网稳定性。同时，在风电并网后，虽然母线 负荷增加并不会对本地线路产生显著的无功平衡问 题，但若是母线的电压不断变化，并在较大无功潮流 定维护处理措施，确保设备正常运行。同时，还应该着 重检查电网设备运行的薄弱环节，检查电网接地网与 引线是否完好。 ２．４完善无功补偿决策 在风电接入变电站，安装可控高抗容量的对超高 压进行无功调节、电压控制的重大技术装备，是特高 作用下，也会导致本地电网的无功补偿装置不能有效 作业，不能满足系统稳定运行要求。 ２制定能够有效处理风电并网后影响电网稳 压、智能电网的关键技术。选择可控并联电抗器从高 定因素的决策 ２．１处理电压波动与闪变影响的决策 电网的电压跌落，会导致电网内的转子侧产生一 些过电流，迅速增加转子侧的电流【ｌ０】。在实际处理该 影响因素中。为能够避免电网直流侧电压会突然升 高，可以在风电并网后，制定相应的风电场管理措施， 实时监测风电接入点的电能质量，增大风电场内接人 点的短路容量，有效抑制风电场接入电网而带来的电 压波动与闪变，确保电网可以稳定运行。 ２．２处理电压失稳的决策 正确设置电并网后电网运行过程中变压器的变 压比，可以合理降低电网的线路阻抗，在风电并网后， 还可以提高电网的功率因数，根据电网的“电压、负 荷”变化。合理设置无功补偿，避免出现电压失稳现 象，从而提升电网运行稳定性。此外，在实际风电并网 之后，可以统一安装ＵＰＦＣ潮流控制器．统一补偿风电 并网后的电压、电流，降低动态无功补偿，可以快速调 节风电并网后交流电网的无功功率，提高并网后电网 运用过程中的供电可靠性。若是多台风力发电机直接 与电网并网，容易导致电网电压骤降，为此，在实际并 网过程中，应在一定的间隔时间内，间各式地进行分 组并网，避免对电网稳定运行造成影响。 ２．３制定完善的运行管理方法 以抓现场安全管理为重点，严格责任落实和规章 制度的执行。在运行管理上充分发挥安全生产保证体 系和监督体系的作用，进一步强化工区管理、班组建 设和现场管控，把安全生产责任层层传递到电网的每 个岗位、每位员工。电网运行人员应按国家电网公司 规定及时进行有针对性的专业培训、学习，对风电并 网后的异常与缺陷问题，应能够及时汇报给调度或上 级部门，及时对风电并网后的线路进行事故隐患排除 作业，以避免发生电网运行事故。值班人员每２４ｈ正 常巡视次数不得少于６次（含交接班巡视），在现场运 行规程中明确规定巡视时间、内容，每周应对风电并 网后电网的设备开展一次全面的巡视，对设备外部进 行全面的检查，对发现缺陷的需进行鉴定，并及时制 压侧直接进行动态无功补偿，无论从技术上，还是经 济上都具有明显的优越性。 利用后台监控系统，对变电站各出线和主变的有 功、无功、电压、电流，以及各级母线电压、频率等进行 统计分析．对各监测量从大到小实进行时排序．生成 报表和绘制曲线，建立电压波动规律资料，据此规定 当值值班员在不同时段，不同运行方式下正确进行无 功补偿设备的投切操作。某７５０ ｋＶ电网在２０１５年８ 月８ Ｅｔ的电压控制情况如表１所示。 表１电压控制 由表１可见，结合时段气象、风速变化及风电上网 负荷情况预先进行无功补偿设备的投切，可将７５０ ｋＶ 母线电压控制在７６５～７８０ ｋＶ之间运行，对７５０ ｋＶ母 线电压实现有效控制，保障了７５０ｋＶ电网的稳定运行。 ２．５合理调节母线电压 以无功平衡和调压为目标，可解决全局与局部控 制的冲突问题。又可避免基于电压量的控制策略的边 界点颤抖投切现象。在风场接人到电网的过程之中。 为避免母线电压波动影响电网运行稳定性，可以不从 电网的末端接人到并网电网系统内：可以在实际处理 过程中，基于连续潮流计算方法，在风电并网后计算 量化出并网电压的稳定水平，从而找出最薄弱母线在 并网后电网系统中的位置，并评估分析相关接入指 标，找出最好的风场接入点，保证电网运行稳定性。在 风电并网后，可以在电网中间偏末端的位置，在进行 灵敏度分析后，根据电网内电压在无功变化方面的灵 敏度，多选择几个接人位置，最终选择出合适的接人 点，提升电网稳定性。 自动化应用ｉ ２０１７ ８期 １５４ 新能源 ０霉渗渗 ３结语 通过分析研究风电并网后影响电网稳定性的原 因，并制定相关技术处理决策，加强变电运行管理工 作，充分发挥电压、无功调解作用，可解决风电并网后 的电网稳定性问题，增强电网运行的稳定性，确保风 电并网后电网的安全运行。 参考文献 ［１］赵龙，汪宁渤，何世恩，等．大规模风电并网引起的电力 系统运行与稳定问题及对策［Ｊ］．电子测试，２０１５，１２（９）： ８７－８８．５８． ［５】罗煦之，易俊，张健等．结合ＤＦＩＧ功率特性研究风电并 网对系统功角稳定性的影响［Ｊ］．电网技术，２０１５，３９ （１２）：３４０１－３４０７． ［６】李自明，姚秀萍，王海云，等．不同风电机组并网对电力 系统暂态电压稳定性的影响［Ｊ］．电力科学与技术学报， ２０１６，３１（２）：１６－２１． ［７］裴文杰．风电并网对电压稳定的影响与调整策略［Ｊ］．河 南科技，２０１３，２２（４）：１ １５． 【８］吕思昕，刘观起．大规模风电并网与电网振荡解列的交 互影响［Ｊ］．现代电力，２０１６，３３（２）：８９－９４． ［９］林俐，杨以涵．基于扩展等面积定则的含大规模风电 场电力系统暂态稳定性分析［Ｊ］．电力系统保护与控制， ２０１２．４０（１２）：１０５－１ １０． ［１０］孟令斌，朱凤龙．混合电源及功率预测系统在风电并 ［２］卢佳．风电并网对电力系统暂态稳定的影响［Ｊ］．电子测 试，２０１６，３２（２０）：ｌ１８－ｌ１９． ［３】孟畅，刘天羽，朱俊，等．风电并网对电力系统的影响【Ｊ］ 科技与创新，２０１６，１６（１６）：１７—１８． ［４］孟令斌，朱凤龙．混合电源及功率预测系统在风电并网 中的应用［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，１２（１３）：７９－８５． 网中的应用［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，１３（１３）： ７９．８５． Ｈ （上接第９６页） 指令编程方法及移位寄存器指令编程方法等实现。 ３开关作用 辅助继电器通过逻辑忆记．存储指令运行的中间结 果，在梯形图程序中起到开关作用，控制程序按条件执 行，如主控指令电路中通常使用辅助继电器Ｍ作为控制 某段程序执行的总开关。辅助继电器在主控指令中的开 关作用如图８所示，主控指令ＭＣ的目标元件使用了辅 助继电器Ｍ１００，其主控触点在梯形图中与一般触点垂 直。是与左母线相连的常开触点。当Ｘ０为ＯＮ时，主控 指令ＭＣ启动，ＭＩＯ０置ｌ。主控开关闭合，执行在ＭＣ和 ＭＣＲ之间的程序；当ＸＯ为ＯＦＦ时，主控指令ＭＣ关闭， ＭＩＯ０置０，主控开关断开，不能执行ＭＣ和ＭＣＲ之间的 程序。所以Ｍ１００在程序中起到了一个总开关的作用。 图９为比较指令程序，ＣＭＰ比较指令是将源操作 数Ｃｌ０中的当前值和常数１００进行比较。比较结果用 目标元件ＭＩＯ、Ｍ１１、Ｍ１２的状态来表示。当Ｘ０为０Ｎ 图８辅助继电器 图９辅助继电器 在主控指令中的开关作用在比较指令中的开关作用 电器的几种常见作用及用法，对掌握好ＰＬＣ内部辅助 继电器的使用方法，提高梯形图程序的编制技巧，实 现简化程序和准确控制具有借鉴意义。 参考文献 ［１］金彦平．可编程序控制器中辅助继电器的运用［Ｊ］．张家 口职业技术学院学报，２０１６，２９（３）：５１．５４． ［２］刘丽辉．ＰＬＣ中辅助继电器和定时器的巧用［Ｊ］．河南科 技．２０１４（８）：６１． ［３］王本轶，王东升．Ｆ１系列辅助继电器的应用［Ｊ］．电气时 时，把ＣＩＯ中的当前值和常数１００进行比较，比较的 结果为Ｃ１０＞１００，则Ｍ１０＝１；Ｃ１０＝１００，则Ｍ１１＝１； ＣＩＯ＜ＩＯ０，则Ｍ１２＝ｌ。可用ＭＩＯ、Ｍ１１、Ｍ１２的触点当作 开关，根据三种不同的比较结果去控制三种不同对象 代．２００２（１０）：５０—５ １． ［４］李珍．辅助继电器在三菱ＰＬＣ用户程序中的应用研究 ［Ｊ］．科技世界，２０１３（１２）：７２—７３． ［５］孙剑光．中间继电器在ＰＬＣ编程中的应用［Ｊ］．天津科 动作，执行相应功能。 ４结语 本文通过示例介绍了三菱ＰＬＣ内部通用辅助继 １５５ ＷＷＷ．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｍ 自动化应用 技，２０１６，４３（５）：６８—７０． 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