風電場接入電力系統的穩態與暫態分析

1總結

風電站通常位于電網的末端，因為電網的網架結構很差。當電網被引入電網時，系統的趨

勢分布會發生變化。

2計算靜態運行時最大風速的能力的方法

2.1潮流計算方法的確定

分析含風電場的電力系統穩態運行特性，需要以潮流計算作為分析工具。此處主要研究采

用籠型異步發電機的風電場接入電力系統容量問題。該發電機為固定轉速風電機組，具有

特有的功率特性，即風電場節點的電壓和無功功率均為待求量，故不能簡單地設為PQ節

點或PV節點，需要在潮流計算中對風電場節點進行一定的處理

式中：u

當異步發電機有功功率已知時，其吸收的無功功率Q

式中:P

當風電場的風速已知，可以求出每臺風電機組的有功功率和無功功率，風電場的功率等于

所有風電機組的功率之和：

式中:P,Q,v,n,n

程序采用牛頓-拉夫遜潮流計算法進行計算。

2.2電容器組校核要求

計算條件：（1）系統大方式，采用定漿距失速控制的異步發電機；（2）風電場無功補償度

按風電接入容量的30%配置；（3）風電場采用軟并網方式，不考慮諧波問題；（4）機端采

用自動投切電容器組。

校核要求：（1）風電場無功功率應當能夠在其容量范圍內進行自動調節，使風電場變電站

高壓側母線電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%;（2）公共連接點的電壓

正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%；（3）風電場升壓變電站高壓側功率因數

運行過程中可按-0.98~+0.98控制。

風電場接入系統后，按2.1節所述方法進行潮流計算:計算中不斷增加風電接入容量，在

風電場升壓站內進行無功補償，控制風電場并網點電壓在額定電壓的-5喧+5機得到使并

網電壓合格的最大風電接入容量，即為穩態時風電場最大接入容量。

3陣風擾動校核

計算條件：（1）系統大方式，機群采用等值注入的方式處理；（2）考慮陣風、漸變風兩種

方式的風速擾動；（3）風電場功率因數保持在-0.98.

校驗采用的風速擾動方式：（1）陣風擾動1,正常方式下運行于14m/s額定風速，陣風3

s啟動，8s結束，陣風風速升高到24m/s;（2）陣風擾動2,正常方式下運行于額定風

速，陣風3s啟動，8s結束，陣風風速降低到4m/s;（3）漸變風擾動，正常方式下運

行于額定風速，漸變風2s啟動，4s風速升至24m/s.之后保持8s結束。

校驗采用故障方式:風電場附近重要線路發生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路。

校核要求：（1）典型風速擾動時，系統、風電場保持電壓穩定；（2）系統故障方式時，系

統、風電場保持電壓穩定，

暫態穩定計算中不斷增加風電接入容量，考慮系統受到陣風、漸變風、不同故障方式擾動

等情況，找到使系統和風電場都保持暫態穩定的最大風電接入容量，即為暫態時風電場最

大容量。

4kv方城變分解區

以河南南陽電網接受方城風電能力為例說明所提方法的可行性。目前，方城縣有方城變和

裕州變兩座110kV變電站。規劃建設的風電場處于110kV方城變的供電區域，距離該

站約8km,而距離11（）kV裕州變較遠，約30km。因此，計算所涉及的并網點主要基于

110kV方城變電站而言。方城風電場風力發電機采用550-750kW異步發電機，機端出

口電壓0.69kV,場區內按兩個場址4組布置，單機經過箱式變升壓至10kV,通過4

問WkV架空集電線接入場區內自建的升壓站，再通過架空輸電線路接入11（）kV方城

變。

4.1風電場容量對并網點電壓的影響

風電場以110kV電壓等級接入系統，穩態分析結果如表1所示。

通過分析，風電場以110kV電壓等級接入系統，通過計算分析，風電場以110kV電壓

等級接入系統后，系統受到的影響隨風電場容景的不同而不同八風電場容景為22.5叫時，

系統并網點電壓受影響較小，升壓站主變功率因數明顯下降。在風電場無功補償度達到30%

時，并網點電壓、功率因數基本可以滿足要求。風電場容量為50MW時，在升壓站無功補

償度達到30%時，并網點電壓0.946pu、功率因數0.97,基本可滿足要求。風電場容量為

60MW時，在升壓站無功補償度達到30%時，并網點功率因數低于0.95,并網點電壓逼近

電壓下限。因此，在風電場升壓站無功補償度達到30乳系統穩態所能接受的最大風電場

容量為50~60MW。

4.2風電場并網故障原因分析

并網電壓水平110kV,考慮風電場與系統之間的電氣距離，一般110kV注入等值電抗

約0.4。考慮3種故障方式：（1）白河至青臺一回220kV線路青臺變側發生三相短路接

地故障后0.12s切除故障線路；（2）北關至方城110kV變電站110kV線路方城變側

發生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路；（3）110kV裕州變至110kV方城變一

回110kV線路發生三相短路接地故障后0.12s切除故障線路。以下為不同風電場接入

容量時，在不同風速擾動與故障方式下，計算所得的部分曲線與結論。

（1）風電場并網于方城110kV變電站110kV母線、接入容量為35.25MW,發生故障

方式（1）,曲線如圖la所示。由圖可見，系統電壓在故障瞬間大幅下降，切除故障后又

迅速上升至穩態值。由圖1b可見，系統電壓在故障瞬間大幅減少，切除故障后又迅速上

升至穩態值。

發生漸變風擾動2,曲線如圖lc,d所示，由圖1c可見系統電壓在故障期間有一定波動，

切除故障后恢復至穩態值；由圖Id可見風電場有功輸出在故障后逐漸減少至零，切除故障

后逐漸增加至穩態值，轉差率在故障前后基本不變，系統和風電場均穩定。

（2）風電場并網于方城110kV變電站110kV母線、風電接入容量為36MW,發生故障

方式（1）,曲線如圖2所示，由圖可見，風電場有功輸出在故障瞬間急劇減小，切除故

障后增加，短時間后又不斷減小，風電機組轉差率不斷減小，風電場不穩定。發生陣風擾

動情況與圖lc,d類似。

發生故障方式（2）,（3）的分析過程與故障方式（1）相似。由此得出風電場接入系統校

驗結果，可知風電場并網于110kV方城變電站110kV母線;風電接入容量小于或等于

35.25MW時，系統和風電場均能保持穩定；風電接入容量超過36MN5j,系統和風電為故

障方式，系統穩定，風電場不能保持穩定。

通過穩態和暫態分析，可得風電場并網于方城110kV變電站110kV母線時（并網方式

A）,風電場最大接納風電能力指標如表2第一行數據，第二行數據為風電場并網點于方

城11（）kV變也站35kV母線時（并網方式B）,風電場最大接納風電能力。通過布比，

可見系統短路容量越大，風電接入容量也越大。

鑒于以上分析，以47X0.75訓的風電容量接入，能夠保證南陽電網電壓和風電場自身的

穩定性。

5風電場接入容量

經研究分析，結論如下：（1）潮流計算中對風電場節點進行一定處理，根據異步發電機有

功功率和參數求解其無功功率，較準確地反映出其無功和電壓特性；（2）提高風電場的功

率因數，即提高無功補償量可有效增加風電場的最大裝機容量；（3）并網聯絡線、風機布

置對風電接入容量的影響反映在風電場與系統之間的電氣距離上，距離越近，