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第五讲 风电场对电网的影响 5.1风力发电机并网过程对电网的冲击 5.2对电网频率的影响 5.3对电网电压的影响 5.5对电网稳定性的影响 5.5对电网继电保护装置的影响 5.6对电能其它质量的影响（见第三讲） 5.7对配电网损耗的影响 引言 风力发电特点： —原动力风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的输出特性也是波动的和间歇的 —风能资源地往往在电网相对薄弱的地方，对开发风能资源构成了技术约束 —风力发电机多为异步发电机，在发出有功功率的同时还要从系统吸收无功功率，其无功需求是随有功输出的变化而变化的 —风电场容量在系统中所占比例的增加，风力发电对系统的影响就会越来越显著。 并网风力发电机组对电力系统的影响： —风力发电机并网过程对电网的冲击 —对电网频率的影响 —对电网电压的影响 —对电网稳定性的影响 —对电网继电保护装置的影响 —对电能其它质量的影响（第三讲） —对配电网损耗的影响 异步发电机有功无功曲线 5.1 风电并网过程对电网的冲击 感应发电机的并网条件是： 转子转向应与定子旋转磁场转向一致，即感应发电机的相序和电网相序相同。 发电机转速应尽可能接近同步速（98％～100％同步速）。 并网的第一个条件必须满足，否则电机并网后将处于电磁制动状态。第二个条件不是非常严格，但越接近同步速并网，并网冲击电流越小且衰减时间越短。 风力发电机并网冲击电流产生的原因是异步电机作为发电机运行时，本身没有励磁机构，并网时发电机本身无电压，故并网时必然伴随一个过渡过程（一般零点几秒即可转入稳态）。试验证明，直接并网时，风机起动产生的冲击电流是额定电流的5~8倍。 异步发电机功率关系与简化等值电路 功率关系与简化等值电路 冲击电流的影响因素和危害 影响异步发电机并网时的冲击电流大小的因素： — 发电机本身暂态电抗， 小，电流大； — 并网时的电压大小，U大，电流大； — 其有效值还与并网时的滑差S，S越大，交流暂态衰减时间越长，并网时冲击电流有效值也就越大。 风力发电机组与大电网并联时，合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。 对小容量的电网系统或接入点短路容量很小时，并网瞬间会引起电网电压大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电气设备的正常运行，有可能导致电机保护开关动作，使并网失败，甚至会影响到小电网系统的稳定与安全。 抑制并网冲击电流的方法 在感应发电机与三相电网之间串接电抗器，使系统电压不致下跌过大，待并网过渡过程结束后，再将其短接。 人工干预使风电场的风电机组不同时起动，限制风机启动时对电网的冲击。 采用双向晶闸管控制的软并网方式（soft start）。目前软并网技术的控制方式有两种，一是电压谐波方式，另一种是限流方式。整个软启动过程可以在几百毫秒到一秒钟内完成，也就是在十几个周波到几十个周波内完成。 软起动并网原理与过程 风力机将发电机带到同步速附近，发电机输出端断路器闭合，发电机经一组双向晶闸管与电网连接，双向晶闸管的触发角由180o向0o打开，双向晶闸管的导通角由0o至180o逐渐增大。 电流反馈对双向晶闸管导通角的控制，冲击电流限制在1.5~2倍额定电流以内，从而得到一个比较平滑的并网过程。 并网过程结束后，将双向晶闸管短接。 5．2 对电网频率的影响 风速的随机性决定着风机出力的随机性。风机的并网与脱网很难预测，风电实际上是系统的一个干扰源。 当风电容量在系统中所占的比例较大时，其输出功率的随机波动性对电网频率的影响就是显著的，影响了电网的频率质量和一些频率敏感负荷的正常工作。 当风电由于停风或大风失速而失去出力后，会使电网频率降低，特别是当风电比重较大时，会影响到系统的频率稳定性。 频率稳定分析的基本原则是：失去风电出力后，电网频率不能低于允许值。 当电力系统较大、联系紧密时，频率问题是不显著的。 消除风电对系统频率影响的主要措施 要求电网中其他常规机组有较高的频率响应能力，能进行跟踪调节，抑制频率的波动 提高系统的备用容量 采取优化的调度运行方式。 5．3 对电网电压的影响 风电出力变动大，多数采用感应电机，需从电网吸收无功建立磁场： 大多在电网的边缘即电网的薄弱点（短路容量较小的点）联网，所以在联网时必然会影响电网的电压质量和电网的电压稳定性。 影响有慢的（稳态）的电压波动，快的电压波动（导致闪烁），波形畸变（即谐波），电压不平衡（即负序电压），瞬态电压波动（即电压跌落和凹陷）等。例如： 由于风速变化、风机投切、风湍流等引起电压波动。当无功补偿不足时，有功和无功潮流都有发生反向的可能性，在这种情况下，电压的升降和输电线的R/X有关系。 风电的出力中存在周期短（1Hz级）且变动大的功率波动现象，所以容易发生电压脉动。主要起因是由于塔架遮蔽造