四眼坪风电上网对电网电能质量影响分析报告

某风电场上网对电网电能质量

影响分析报告

二〇一一年七月

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分布式新能源并网发电量测技术平台及分析系统研究与应用—技术报告

目 录

一、概述 ...............................................................................................................................................

二、风力并网发电的电能质量问题 ....................................................................................................

2.1风力发电技术的发展与现状 ......................................................................................................

2.2 风力发电对配电网电能质量的影响 .........................................................................................

2.2.1风力发电对配电网电压的影响...........................................................................................

2.2.2风力发电对配电网频率的影响...........................................................................................

2.2.3风力发电对配电网谐波的影响...........................................................................................

三、电能质量测量与分析理论基础 ....................................................................................................

3.1基本参数测量模型 .....................................................................................................................

3.1.1基本公式 ..............................................................................................................................

3.1.2离散化公式 ..........................................................................................................................

3.2基于FFT的理论分析依据 .........................................................................................................

3.2.1离散傅里叶变换 ..................................................................................................................

3.2.2快速傅里叶变换 ..................................................................................................................

3.3谐波测量方法 .............................................................................................................................

3.3.1谐波的产生及定义 ..............................................................................................................

3.3.2谐波的评估标准 ..................................................................................................................

3.3.3谐波测量中的问题及解决方法...........................................................................................

3.4供电电压允许偏差 .....................................................................................................................

3.5电力系统频率允许偏差 ..............................................................................................................

3.6三相电压允许不平衡度 ..............................................................................................................

3.7功率因数 .....................................................................................................................................

3.8电压闪变 .....................................................................................................................................

3.9电能质量分析参考指标 ..............................................................................................................

四、风电场实测数据分析 ....................................................................................................................

4.1功率输出 .....................................................................................................................................

4.2电压电流谐波 .............................................................................................................................

4.3电压偏差 .....................................................................................................................................

4.4系统频率 .....................................................................................................................................

4.5电压不平衡度 .............................................................................................................................

4.6功率因数 .....................................................................................................................................

4.7电压闪变 .....................................................................................................................................

五、结论 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。

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第二篇：风电并网对电网电能质量的影响

京、津、冀、晋、蒙、鲁电机工程学会第十九届学术交流会优秀论文集

风电并网对电网电能质量的影响

臧宏志１王华广２

（１．山东电力研究院，山东济南２５０００２；２．山东电力集团公司，山东济南２５００１４）

摘要：风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，会影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波。风电对电力系统频率稳定性也会造成较大的影响。在电网发生短路故障导致电压骤降时，风力发电机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定。本文对风电并网对电能质量的影响定性分析和定量分析。关键词：电能质量；电压波动和闪变；谐波；电压骤降

１引言

在众多可再生能源发电技术中，风力发电是目前技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。山东省风能资源总含量６７００万千瓦。“十一五”期间，全省规戈Ⅱ新增风电装机容量９２．１５万千瓦；到２０１０年，全省风电装机容量达到１５０万千瓦，新增风能发电装机容量占新增发电装机容量的３．２％；到２０１５年，全省风电装机容量达到３００万千瓦，新增风能发电装机容量占新增发电装机容量的５．２％；２０１６—２０２０年全省风电装机４８０万千瓦，年均新增风电装机容量３６万千瓦。随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。２风电并网对电能质量的影响定性分析

２．１电压波动和闪变分析

风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，会影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性电压脉动等。风力发电引起电压波动和闪变的根本原因是并网风电机组输出功率的波动。电网电压的变化受风电系统有功和无功功率的影响。风电机组输出的有功功率主要依赖于风速；在无功功率方面，恒速风电机组吸收的无功功率随有功功率波动而波动，双馈电机一般采用恒功率因数控制方式，因而无功功率波动较小。

并网风电机组不仅在持续运行过程中产生电压波动和闪变，而且在启动、停止和发电机切换过程中也会产生电压波动和闪变。典型的切换操作包括风电机组启动、停止和发电机切换，其中发电机切换仅适用于多台发电机或多绕组发电机的风电机组。这些切换操作引起功率波动，并进一步引起风电机组端点及其他相邻节点的电压波动和闪变。

２．２谐波分析

一般来讲，风电场电能质量首先要保证满足电压和频率的要求，而由谐波导致的电压和电流的畸变同样也是影响电能质量的重要方面。?１０２?

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风电装置中电力电子器件是风电装置中最重要的谐波源；在风电系统中，由于异步机、变压器、电容器等设备均为三相，且采用三角型或Ｙ型连接方式，故不存在偶次或３的倍数次谐波，即风电系统中存在的谐波次数为５、７、１１、１３、１７等。风机本身配备的电力电子装置，可能带来谐波问

因此会产生题。对于直接和电网相连的恒速风机，软启动阶段要通过电力电子装置与电网相连，

一定的谐波，不过因为过程很短，发生的次数也不多，通常可以忽略。但是对于变速风机则不然，因为变速风机通过整流和逆变装置接人系统，如果电力电子装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生很严重的谐波问题。

２．３频率稳定分析

风电出力波动一般较大，当其与其它发电方式组成一个小型的孤立电网时，可能会对孤立系统的频率造成较大影响。但在现在的电力系统中，大型电网具有足够的备用容量和调节能力，一般不必考虑风电接入引起的频率稳定性问题。目前的研究结果表明，风电接人系统后对系统频率的影响十分有限，故不作为重点问题。

３青岛即墨风电场实测数据定量分析

３．１即墨风电场概况

即墨华威风电场通过一条３５ｋＶ线路并网。并网点是即墨供电公司所属店集变电站。风电场共１５台风力发电机组，１２台容量为１３００ＫＷ，３台容量为２５０ＫＷ，即墨风电场已投运５年。即墨市全境１０米高处年平均风速３．８米／８），４０米高处年平均风速３—２７米／；陟，累年最多大风（＞／８级）日数为６２天，累年平均大风日数１７．８天，５０年一遇离地６５米大风风速为３１．７５米，秒，春季大风日最多。沿海及浅海地区１０米高处年平均风速大于５米／ｊ眇，风功能密度为２４８瓦／米２，６５米高年平均风速为５．９米，秒，风功能密度为３２０瓦，米２，７０米高年平均风速为６米／ｊ眇，风功能密度为３４８可米２。即墨市近海陆域及浅海地区风速、风功能密度在春季较大，冬季较小，白天较大，夜晚较小。

……

图１即墨华威风电场并网点电气接线图?１０３?

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表１

设备参数额定容量额定功率额定电压功率因数短路电流次暂态电抗生产厂家

即墨华威风电场风机类型及参数

Ｎ６２型风机

１３００

单位

ｋＷ

ｋＶＡ

Ｎ２９型风机

２５０

１３１７２７５

Ｖ６９０４１５

‘ｐｋＡ

０．９９Ｏ．９６６

９．２５

ｏｈｍ０．１５７０．０８８

德国Ｎｏｒｄｅｘ公司

３．２电能质量测试数据定量分析

针对即墨风电场并网线路华威线进行了近５天的电能质量测试。测试结果显示谐波、三相不平

衡度在国家标准限值之内，谐波电压总畸变率最大值为１．６７％，９５％概率值为１．４４％，但发现电压偏高，超过１０％的时间较长，短时闪变最大值超过国家标准。如果整个风电场所有风机几乎同时动作，这种冲击对配电网的影响十分明显。随着风电在实际系统中比例的提高，电压波动和闪变是风

力发电对电网电能质量的主要负面影响之一。并网风电机组公共连接点短路比和电网线路Ｘ／Ｒ比是影响风电机组引起的电压波动和闪变的重要因素。由于即墨风电场装机容量较小，带来的电压波动及闪变问题不是很突出。与闪变问题相比，即墨风电因为采用了恒速风机。并网带来的谐波阔题不是很严重。

表２母线电压超过１０％ＵⅣ的时间段记录表

ＲＭＳ上限ＲＭＳ上限ＲＭＳ上限

ＲＭＳ上限

ＵＬ３ｌ

０５．１１．２００８１９：０１

ｌｈ２２ｍ

７ｓ

３．８７４ｅ＋０４

ｆ、１

ＵＬ１２０５．１１．２（）０８１８：３７

ｌｈ４６ｍ３ｓ

３．８８７ｅ＋０４【Ｖ１３．８９８ｅ＋０４【Ｖ１３．８６ｅ＋０４【Ｖ】

３．８６８ｅ＋０４【Ｖ１

３．８７２ｅ＋０４

ＵＬ２３０５．１１．２００８１８：２７ｌｈ５６ｍ４０ｓ

ＵＬ１２０６．１１．２００８１２：０１

４５ｍ３０ｓ

ＲＭＳ上限ＲＭＳ上限

ＲＭＳ上限

ＵＬ２３

０６．１１．２００８１１：５８

５０ｍ２５ｓ

Ｕ１３ｌ０７．１１．２００８１ｌ：５５

４６ｍ２５ｓ

ｍ

ＵＬ１２０７．１１．２００８１ｌ：４６

ｌｈ１０ｒｎ２４ｓ

３．８８２ｅ＋０４【Ｖ】３．８８７ｅ＋０４【Ⅵ３．８５２ｅ＋０４［、１３．８９５ｅ＋０４【Ｖ】３．９０４ｅ＋０４【Ｖ】

３．９０９ｅ＋０４【ｖ１

ＲＭＳ上限ＲＭＳ上限

ＲＭＳ上限

ＵＬ２３０７．１１．２００８１ｌｔ４５ｌｈｌｏｍ５９ｓ

ＵＬ２３０８．１１．２００８１２：０４

３４ｍ５６ｓ

ＵＬ３１１０．１１．２（）０８１ｌ：３３１ｈ２４ｍ１２ｓ

ＲＭＳ上限ＲＭＳ上限

ＵＬ１２１０．１１．２００８１１：３１

ｌｈ２９ｍ１６ｓ

ＵＬ２３

１０．１１．２００８１１：３０ｌｈ３０ｍ２１ｓ

?１０４?

京，津、冀．晋、蒙，鲁电机工程学会第十九曷学术交流会优秀论丈集

图２华威线基波电漉曲线

＿｜

围３ｌ＝苒ｊ五ｉ五；硎３５ｋＶ母线谐渡电Ⅱ各次诸波柱状囤

鼢；＝：￥嘴豫？

ｊ薷Ｉ咬于－｜。＼旗辆藤＼１≠掣萍＿／｝～桫｝＿Ｕ

目４华威线谐波电Ⅱ．电流实时波ｍ

４改善风电并网影响电能质量的措施

４．１风电开发与电网接纳风电的能力相适应

风电场宜以分散方式接人系统。公共连接点短路比越大，风电机组引起的电压渡动和闲变越小。井同风电机组的公共连接点短路比和电网的线路＾／Ｒ比是影响风电机组引起的电压被动和闲变的重要因素。风电机组公共连接点短路比越大，风电机组引起的电压波动和闪变越小。合适的电网线

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路Ｘ／Ｒ比可使有功功率引起的电压波动被无功功率引起的电压波动补偿掉，从而使整个平均闪变值有所减轻。风电场接入点的短路容量反映了该节点的电压对风电注入功率变化的敏感程度，风电场短路容量比小表明系统承受风电扰动的能力强。对于风电场的短路容量比这一指标，欧洲国家给出的经验数据为３．３％一５．０％，日本学者认为短路比在１０％左右也是允许的。

４．２采用新型的风力发电机组

变速恒频双馈风电机组一般采用恒功率因数控制运行方式，可保持发电机定子侧输出功率的功率因数为恒定值。

４．３采用快速响应的动态无功补偿装置

ＳＶＣ可快速平滑的调节无功补偿功率的大小，提供动态的电压支撑，改善系统的运行性能。将ＳＶＣ安装在风电场的出口，根据风电场接人点的电压偏差量来控制ＳＶＣ补偿的无功功率，能够稳定风电场节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。在安装ＳＶＣ装置后，风电场节点电压的波动会明显降低；当发生故障后，ＳＶＣ的动态无功调节能力可以加快故障切除后风电场节点电压的恢复过程，改善系统的稳定性。

４．４利用超导储能装置（ＳＭＥＳ）

在风电场出口安装ＳＭＥＳ装置，充分利用ＳＭＥＳ有功无功综合调节的能力，可降低风电场输出功率的波动，稳定风电场电压。同时ＳＭＥＳ是一种有源的补偿装置，与ＳＶＣ相比其无功补偿量对接入点电压的依赖程度小，

系统（ＦＡＣＴＳ）的新技术方向，在低电压时的补偿效果更好。另外，ＳＭＥＳ代表了柔性交流输电将ＳＭＥＳ厍］于风力发电可以实现对电压和频率的同时控制。５结束语

目前风电在实际系统中比例不够大，而在可预见的将来，风电在整个电力系统中比例会大幅提高，而风电比重的上升会使电网的调峰、调频压力随之增大，风电对电力系统频率稳定性也会造成较大的影响。风力发电引起电压波动和闪变以及电力电子装置的应用带来的谐波问题会恶化电网电能质量。在电网发生短路故障导致电压骤降时，风力发电机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定，并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪。

参考文献：

【１】１《国家电网风电场接人电网技术规定：｝

【２】《：华北电网风电场接入电网技术规定（暂行）＞

【３］ＩＥＣ６１４００－２１（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｍａｎｄａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ酣ｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ）作者简介：臧宏志（１９７１一）男，高级工程师，从事山东电网无功电压、电能质量技术监督管理工作。?１０６?