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[摘 要]本文以某风电场为例，对运行中电压偏高的问题进行分析，找其原因并提出了解决问题的方法。
[关键词]风电场 电压 潮流 压降
中图分类号：TM925.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0017-02
0 引言
随着各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注，风电在国内外开始迅速发展。随着越来越多的风电场并入电网，风力发电本身的不稳定性，功率输出的不可控性对电网造成了一些影响。本文以安徽某风电场为例，对风电场投运后反映的运行中电压偏高的问题进行分析，找出原因并提出解决办法。
1 风电场现状
本文以安徽某风电场为例进行分析计算。
该风电场分东、西2个场区，现装机容量约130MW（东场区）、30MW（西场区）。东、西场区各有1座110kV升压站，两个升压站之间通过两回110kV线路相连。风电场的全部电能最终通过西场区升压站以2回110kV线路接入某220kV变电站。
风电场接线方式如图1所示：
2 分析计算
2.1 风电机组的情况
目前风电场的风电机组采用的发电机主要有：
（1）异步发电机；
（2）双反馈异步发电机；
（3）同步发电机。
2.1.1 并网瞬间电压的变化
采用异步机并网时，风机本身无电压。目前市场上的并网风电机组基本采用软并网方法来限制并网瞬间的冲击电流，这样即使所接入的系统短路容量较小，电压支撑能力较弱，也不会导致并网瞬间系统电压大幅下跌，危及系统安全运行。
2.1.2 并网发电时的电压变化
（1）普通异步发电机
并网发电时，普通异步发电机由于无励磁系统不能发出无功，励磁电流要从电网获取。风电机组内部通常配置一定量电容器使得风机不至于从电网吸收大量的无功。而当风电场端电压降低时，异步电机吸收的无功功率可能增加，同时并联电容器组补偿的无功功率反而减小，因此，若风电场接入系统点短路容量较小，有可能引起系统电压失稳。此时，风机相当于一个发出有功但吸收无功的负荷。随着风机技术的进步，目前广泛使用的并网风电机组即使采用普通异步发电机，并网功率因数也可不低于0.98，另通过在风电场升压站补偿充足的电容器，上述电压失稳的情况发生的概率很小。
（2）双反馈异步发电机
双反馈异步发电机可以通过改变转子电流的大小对输出电压进行控制，从而实现电压的相对稳定输出。
当发电机端电压降低，此信息由电压检测获得，并反馈到控制转子电流大小的电路，也即通过控制三相半控或全控整流桥的晶闸管导通角，使导通角增大，从而使发电机转子电流增加，定子绕组的感应电动势增高，发电机输出端电压升高至正常水平。反之，发电机输出端电压升高时，通过电压检测后获得的反馈信息将使半控或全控整流桥的晶闸管的导通角减小，从而使转子电流减小，定子绕组输出端电压降低至正常水平。
采用双反馈异步发电机的风机并网运行时，输出端功率因数一般缺省设置为1.0，并可以在-0.98～0.98范围内进行调节。
2.2 计算前提
以最严重的情况进行计算，即风速达到风电机组额定风速以上，风电场满发时几个节点电压的情况。计算过程中的功率损耗忽略不计。因此，计算得到的为理论上的最大值。
按照国家电网公司《风电场接入电网技术规定》中关于风电场无功功率的要求：风电场无功功率的调节范围和响应速度，应满足风电场并网点电压调节的要求。原则上风电场升压变电站高压侧功率因数按1.0配置，运行过程中可按-0.98～0.98控制。
因此，风电场升压站110kV侧功率因数理论上应按1考虑。然而，实际运行中，功率因数往往在0.99～1之间，即在发出有功功率的同时，要吸收少量的无功。
2.3 理论计算
根据压降计算公式：
式中：U0——始端电压；
U1——末端电压；
P、Q——线路输送功率。
根据以往经验，会认为无功功率送出的方向为电压降落的方向，而实际由上述公式可看到，压降的主要组成部分由PR、QX两部分组成，虽然实际运行中无功功率是由接入系统点送入风电场，但风电场并网发电过程中，P远大于Q，因此，风电场有功功率送出的方向是电压降落的方向。
系统接入点220kV变电站110kV母线电压为平均额定电压115kV，各种情况下各点电压理论计算结果如表1：
由计算结果看出，沿着风电场电能送出的方向，风电场升压站高于系统侧电压，当风电场吸收少量无功时，压降水平分量变小。升压站电压降低，在系统电压较高时，使得升压站电压不致越限，是有益的。
2.4 计算验证
下面通过潮流计算验证影响升压站及系统接入点电压的因素。
（1）系统主网电压的影响（风电场额定输出，其他外界条件均等，仅通过调节接入系统点主变档位来调节，三种情况下接入系统点220kV电压均为229kV左右。）
说明：接入系统点主变220kV及110kV侧额定电压为220±8×1.25%/121kV。
由表2中计算数据可看出，接入系统点主变档位选择对相关点电压有直接的影响。因此，为使各点电压不越限，应慎重选择接入系统点主变档位。
（2）风电场出力的影响见表3（其他外界条件均等，接入系统点220kV电压均为229kV左右，验证主变档位在+6时风电场出力变化各点电压情况）。
由表3中计算数据可看出，接入系统点主变档位选择确定，风电场出力变化时，各点电压与风电场出力呈相反的变化规律。
5 结论
（1）大多数风电机组采用异步机发电。随着风电技术的逐步进步，其并网时对电网的影响在逐步减小。
（2）根据压降公式可得，风电场送出时，沿线产生压降。风电场升压站的电压高于系统接入点电压。若接入系统线路较长，接入系统点电压较高，则风电场电压可能越限。
（3）为使各点电压在允许范围内，接入系统点应选择合适的主变档位（电压分接头）。存在的问题是，接入系统点电压不高，由该点供电的较远的负荷变电站就可能存在电压过低的问题。
（4）为避免上述问题的发生，风电场接入系统时，应尽量就近接入。另将风电场接入较近的终端负荷变电站，消纳掉部分功率后再送入系统，对运行也是有益的。
参考文献
[1] 袁铁江，晁勤，李建林.风电并网技术.机械工业出版社，2012.09.
[2] 王承煦，张源.风力发电.中国电力出版社，2005.01.
[2] 宫靖远.风电场工程技术手册.机械工业出版社，2005.07.
[关键词]风电场 电压 潮流 压降
中图分类号：TM925.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0017-02
0 引言
随着各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注，风电在国内外开始迅速发展。随着越来越多的风电场并入电网，风力发电本身的不稳定性，功率输出的不可控性对电网造成了一些影响。本文以安徽某风电场为例，对风电场投运后反映的运行中电压偏高的问题进行分析，找出原因并提出解决办法。
1 风电场现状
本文以安徽某风电场为例进行分析计算。
该风电场分东、西2个场区，现装机容量约130MW（东场区）、30MW（西场区）。东、西场区各有1座110kV升压站，两个升压站之间通过两回110kV线路相连。风电场的全部电能最终通过西场区升压站以2回110kV线路接入某220kV变电站。
风电场接线方式如图1所示：
2 分析计算
2.1 风电机组的情况
目前风电场的风电机组采用的发电机主要有：
（1）异步发电机；
（2）双反馈异步发电机；
（3）同步发电机。
2.1.1 并网瞬间电压的变化
采用异步机并网时，风机本身无电压。目前市场上的并网风电机组基本采用软并网方法来限制并网瞬间的冲击电流，这样即使所接入的系统短路容量较小，电压支撑能力较弱，也不会导致并网瞬间系统电压大幅下跌，危及系统安全运行。
2.1.2 并网发电时的电压变化
（1）普通异步发电机
并网发电时，普通异步发电机由于无励磁系统不能发出无功，励磁电流要从电网获取。风电机组内部通常配置一定量电容器使得风机不至于从电网吸收大量的无功。而当风电场端电压降低时，异步电机吸收的无功功率可能增加，同时并联电容器组补偿的无功功率反而减小，因此，若风电场接入系统点短路容量较小，有可能引起系统电压失稳。此时，风机相当于一个发出有功但吸收无功的负荷。随着风机技术的进步，目前广泛使用的并网风电机组即使采用普通异步发电机，并网功率因数也可不低于0.98，另通过在风电场升压站补偿充足的电容器，上述电压失稳的情况发生的概率很小。
（2）双反馈异步发电机
双反馈异步发电机可以通过改变转子电流的大小对输出电压进行控制，从而实现电压的相对稳定输出。
当发电机端电压降低，此信息由电压检测获得，并反馈到控制转子电流大小的电路，也即通过控制三相半控或全控整流桥的晶闸管导通角，使导通角增大，从而使发电机转子电流增加，定子绕组的感应电动势增高，发电机输出端电压升高至正常水平。反之，发电机输出端电压升高时，通过电压检测后获得的反馈信息将使半控或全控整流桥的晶闸管的导通角减小，从而使转子电流减小，定子绕组输出端电压降低至正常水平。
采用双反馈异步发电机的风机并网运行时，输出端功率因数一般缺省设置为1.0，并可以在-0.98～0.98范围内进行调节。
2.2 计算前提
以最严重的情况进行计算，即风速达到风电机组额定风速以上，风电场满发时几个节点电压的情况。计算过程中的功率损耗忽略不计。因此，计算得到的为理论上的最大值。
按照国家电网公司《风电场接入电网技术规定》中关于风电场无功功率的要求：风电场无功功率的调节范围和响应速度，应满足风电场并网点电压调节的要求。原则上风电场升压变电站高压侧功率因数按1.0配置，运行过程中可按-0.98～0.98控制。
因此，风电场升压站110kV侧功率因数理论上应按1考虑。然而，实际运行中，功率因数往往在0.99～1之间，即在发出有功功率的同时，要吸收少量的无功。
2.3 理论计算
根据压降计算公式：
式中：U0——始端电压；
U1——末端电压；
P、Q——线路输送功率。
根据以往经验，会认为无功功率送出的方向为电压降落的方向，而实际由上述公式可看到，压降的主要组成部分由PR、QX两部分组成，虽然实际运行中无功功率是由接入系统点送入风电场，但风电场并网发电过程中，P远大于Q，因此，风电场有功功率送出的方向是电压降落的方向。
系统接入点220kV变电站110kV母线电压为平均额定电压115kV，各种情况下各点电压理论计算结果如表1：
由计算结果看出，沿着风电场电能送出的方向，风电场升压站高于系统侧电压，当风电场吸收少量无功时，压降水平分量变小。升压站电压降低，在系统电压较高时，使得升压站电压不致越限，是有益的。
2.4 计算验证
下面通过潮流计算验证影响升压站及系统接入点电压的因素。
（1）系统主网电压的影响（风电场额定输出，其他外界条件均等，仅通过调节接入系统点主变档位来调节，三种情况下接入系统点220kV电压均为229kV左右。）
说明：接入系统点主变220kV及110kV侧额定电压为220±8×1.25%/121kV。
由表2中计算数据可看出，接入系统点主变档位选择对相关点电压有直接的影响。因此，为使各点电压不越限，应慎重选择接入系统点主变档位。
（2）风电场出力的影响见表3（其他外界条件均等，接入系统点220kV电压均为229kV左右，验证主变档位在+6时风电场出力变化各点电压情况）。
由表3中计算数据可看出，接入系统点主变档位选择确定，风电场出力变化时，各点电压与风电场出力呈相反的变化规律。
5 结论
（1）大多数风电机组采用异步机发电。随着风电技术的逐步进步，其并网时对电网的影响在逐步减小。
（2）根据压降公式可得，风电场送出时，沿线产生压降。风电场升压站的电压高于系统接入点电压。若接入系统线路较长，接入系统点电压较高，则风电场电压可能越限。
（3）为使各点电压在允许范围内，接入系统点应选择合适的主变档位（电压分接头）。存在的问题是，接入系统点电压不高，由该点供电的较远的负荷变电站就可能存在电压过低的问题。
（4）为避免上述问题的发生，风电场接入系统时，应尽量就近接入。另将风电场接入较近的终端负荷变电站，消纳掉部分功率后再送入系统，对运行也是有益的。
参考文献
[1] 袁铁江，晁勤，李建林.风电并网技术.机械工业出版社，2012.09.
[2] 王承煦，张源.风力发电.中国电力出版社，2005.01.
[2] 宫靖远.风电场工程技术手册.机械工业出版社，2005.07.