风力电厂无功补偿的特点.docVIP

随着煤、石油、天然气等化石类不可再生能源的日益枯竭和全球生态环境的不断恶化，如何实现社会经济和生态环境协调发展成为了世界各国亟待解决的重大课题。在此背景下、利用洁净能源、可再生能源取代化石类、不可再生能源就越来越受到人们的重视，并成为了全世界的热点。对洁净能源的研究进程中，由于风能的清洁性、可再生性、丰富的储量以及人类利用风能的悠久历史使其得到了优先发展。作为风能利用的一种形式，同时也是技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的可再生能源开发方式之一，风力发电技术越来越受到各国的重视并得到了广泛的开发和应用。目前各种新技术、新材料日益更新，现代风力发电机组 的运行效率和并网特性都得到了很大的改善。然而，以自然风为原动力的风力发电机组在提供清洁能源的同时，会因为自然风的随机性和不可控性而成为不稳定的间歇性电源。尤其是数量众多的风电机组组成的大型风电场接入电网后必然对电力系统的安全稳定运行造成一定的影响。主要表现在以下几个方面： ⑴ 对电网调峰调频能力和备用容量的影响； ⑵ 对电网无功功率平衡与电压水平的影响； ⑶ 对电网功角稳定性的影响； ⑷ 对电网电压稳定性的影响； ⑸ 对电网电能质量的影响； ⑹ 对电力市场的影响； 根据风电场所接入电网的强弱不同，影响的体现程度也不尽相同。风电场大多处于电网的末端，风电场并网运行对电网无功／电压的影响成为需要特别关注的问题之一。由于风电场所接入电网的电压水平较低、电压维持能力较弱，风电机组因低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着风电场出力增加，地区电网电压质量无法保证的现象。风电场对接入电网电压／无功的影响已经成为了限制风电场装机容量的主要障碍之一。 如下，从风电场的特殊性和风电场对电网的影响两个方面对风电进行更详细的叙述。 1.1风力发电场的特殊性： 1）电网平均负荷和风电场综合出力相关性较弱由于风能分布的随机性以及风速不能准确预测等因素，风电的出力变化也在相当程度上不可预测和控制。在某些情况下，风电的出力变化与电网的负荷变化相反，在某些农灌负荷、降温负荷占相当比重的电网中这种情况较为普遍（见图1）。图1说明12、1、2月份是风力发电的高峰期，此时负荷用电量较少；4、5、6是灌溉的高峰期，7、8、9月份为夏季用电高峰期，而此时是风力发电的低峰期。风电场出力与负荷变化的相关性不强。这种情况下，风电功率的注入不仅不能改变系统的负荷特性，反而会使其恶化，使峰谷差增大，增大了电网调度的难度。 2）风电场往往处于电网的末端 我国风电场有的处于电网的末端，电网的电压、频率不够稳定，三相负荷不平衡的问题也经常出现，电网 接纳风电的能力已经成为风电发展的瓶颈。 1.2风力发电场对电网的影响： 根据国标规定，与风电场接入有关的电能质量指标主要有电压偏差、电压变动、电压波动和闪变以及谐波等。风力机的转矩中包含一个周期分量。其频率即叶片经过塔身的频率。转矩的周期变化导致异步电机输出功率的变化，进而引起网络电压的波动。大型风机叶片的转动频率约在l一2Hz之间，虽然人眼对这一频率的保护不是非常敏感，但其引起的电压变化仍可能超过0.5％。以普通感应电机作发动机的定速风电机组，其功率因数随机组出力增加往往呈降低的趋势，如图2所示。对于装机容量较多的风电场，实际运行过程中会导致临近节点电压的降低，有时会严重影响电网的电压质量。同时，当风电场电压降低时，异步发电机吸收的无功功率会增加，而机端并联电容器补偿的无功出力反而减少，因此可能会导致局部电力系统的电压失稳。由于定速风电机组所并联的无功补偿装置多是采用接触器进行投切，投切过程中所产生的涌流及过电压严重损坏了电容器的寿命，电容器的投运率并不高。 变速风电机组的功率因数一般可在进相0.95~迟相0.95之间设定，但它的功率因数为厂家设定（一旦设定，更改只能通过外方厂家）。换言之，它丧失了对电压的调节能力，一旦电网运行状态发生变化，以前设定的功率因数就有可能会对电网电压造成负面影响，尤其是当风电场装机容量较大时，会造成一天内的电网电压调节都很困难。变速风电机组发出无功功率的同时会降低有功功率输出，在这一定程度上减少了风力发电机的出力，降低了经济效益。况且每台风电机组独自控制，不能有效的降低无功潮流的流动和保证系统电压的稳定。 为有效的降低大型风电场接入系统所带来的负面影响，国家电网公司《风电场接入电网技术规定（试行）》作出了明文规定：仅靠风力发电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要，则需要考虑在风电场加装无功补偿装置。还规定风电场无功功率应当能够在其容量范围内进行自动调节，使风电场变电站高压侧母线电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%，一般应控制在额定电压的-3%~7%。这一规定会对风电接入系统的研究带来深远的影响。为满足风电机组