3 风电接入对江苏电网电压稳定性的影响
大规模风电接入电网后，风电出力的大幅波动将引起输电通道上500 kV枢纽节点的电压波动，会对电网的电压控制和安全运行产生影响。风电场对电压稳定性的影响主要与风电场与系统联系的强弱、风电场的出力水平和提供无功的能力有关。这里按照不同的风电场运行功率因数和出力水平分析风电接入对电压稳定性的影响。
3.1 集中接入风电场的电压稳定性分析
将风电集中升压站视为无穷大节点，分别考核不同功率因数下，各风电场出口侧母线以及汇流站母线的电压与风电注入功率之间的关系。风电场功率因数分别取为-0.95(吸收无功)、1.00和0.95(发出无功)，图7—9分别描述了3种不同功率因数下，风电出力变化时风电场出口侧母线以及汇流站母线电压的变化情况。如东潮间带风电场南侧和东台海上示范风电场分别为接入如东汇流站和东台汇流站的风电场，接入同一个汇流站的风电场出口电压变化规律都很相似，这里只选择一个风电场作为示例说明。
图7中，当线路输送功率较小时，线路的容性无功功率占主导地位，电网电压水平较高；而当线路输送功率较大时，线路的感性无功功率占主导地位，电网电压水平下降。当风电场出力小于20%时，线路电压较高，由于如东—如汇线较如东—台汇线长，线路充电功率较大，如东汇流站母线电压比东台汇流站母线电压高；当风电场出力大于20%时，线路电压较低，由于如东—如汇线较如东—台汇线长，线路电压损失较大，如东汇流站母线电压比东台汇流站母线电压下降快。
图7中这2个风电场的出口电压比相应的汇流站电压低，因此时无功功率从汇流站流向风电场，线路电抗远大于电阻，电压沿无功流动方向下降。
图8中，汇流站母线电压主要由220 kV线路的无功和风电场输出无功功率决定，风电场出力小于30%时，200 kV线路需要的无功功率小于风电场输出的无功功率，汇流站母线电压升高；风电场出力大于30%时，线路需要的无功功率增大，汇流站母线电压开始下降。由于如东—如汇线较如东—台汇线长，线路充电功率较大，如东汇流站母线电压比东台汇流站母线电压高。
图8 风电场功率因数为1.00时风电场出口及接入点电压
Fig.8 Export and junction point voltages with power factor of 1.00
图8中，当风电出力大于40%时，这2个风电场的出口电压要比相应的汇流站电压高，因为此时有功功率从风电场流向汇流站，几乎没有无功功率流动，电压沿有功流动方向下降。因为几乎没有无功流动，所以线路上的电压损耗要比功率因数为-0.95时小。
同理，图9中，风电场出力小于50%时，汇流站母线电压升高；风电场出力大于50%时，汇流站母线电压开始下降。由于如东—如汇线较如东—台汇线长，线路充电功率较大，如东汇流站母线电压比东台汇流站母线电压高。
图9 风电场功率因数为0.95时风电场出口及接入点电压
Fig.9 Export and junction point voltages with powerfactor of 0.95
图9中当风电出力大于15%时这2个风电场的出口电压要比相应的汇流站电压高，因为此时无功功率从风电场流向汇流站，线路电抗远大于电阻，电压沿无功流动方向下降。线路上的电压损耗比功率因数为1.00时要大。
3.2 风电场对电压稳定性的影响
以下计算江苏电网实际运行时，同时具有集中接入式风电场和分散接入式风电场且所有风电场在不同功率因数和不同出力水平条件下，江苏电网内枢纽变电站母线电压与风电功率之间的关系。风电场功率因数分别取为-0.98(吸收无功)、1.00和0.98(发出无功)，图10—12分别描述了3种不同功率因数下，风电出力变化时枢纽节点电压的变化情况。图中展示的是对风电功率变化敏感的一些主要变电站的电压。
图10 风电场功率因数为-0.98时枢纽节点电压
Fig.10 Hub node voltages with power factor of -0.98
图11—12中，电网内枢纽节点的电压随风电出力增加而降低。功率因数为-0.98时电压减小得最快，电压水平最低，并在风电出力水平为0.80时如东站的电压出现电压崩溃现象；功率因数为1.00时，电压的下降速度居中，电压水平也居中；功率因数为0.98时，电压的下降速度最慢，节点电压水平最高。
图11 风电场功率因数为1.00时枢纽节点电压
Fig.11 Hub node voltages with power factor of 1.00
图12 风电场功率因数为0.98时枢纽节点电压
Fig.12 Hub node voltages with power factor of 0.98
4 风电接入对江苏电网暂态稳定性的影响
大规模风电场接入电网，不仅会对电网的电压稳定稳定性产生影响，也会对电网的暂态稳定性产生一定程度上的影响[8]，主要取决于电网的结构、功率分布和综合惯性水平，不同的故障位置和故障模式下影响程度也会不同。因此，风电接入对电网暂态稳定性的影响需要根据具体情况具体分析。
在重载线路上设置三相金属性短路故障，计算重载线路在不同风电出力条件下的极限切除时间，考核电网的暂态稳定性。极限切除时间的计算结果如图13所示。
在暂态稳定分析过程中，风电场对电网没有体现出惯性，因此随着风电功率增大，风电接入地区的综合惯量水平降低，离风电场电气距离较近的如东—仲洋线、仲洋—风城线和风城—江东线等风电送出通道的临界切除时间减小。通过大量的仿真发现风电对其他线路的极限切除时间的影响很小。
图13 不同风电出力下线路临界切除时间
Fig.13 Critical clearance time according to different wind power of different lines
5 改善电网安全稳定性的措施
通过风电接入后江苏电网的安全稳定性分析.发现风电接入会对江苏电网潮流分布、电压稳定和暂态稳定产生影响，出现新的安全稳定问题。在此针对性地提出一些与风电接入相关的提高电网安全稳定性的建议和措施。
5.1 改善江苏电网潮流分布
江苏电网过江通道上潮流分布很不均衡，有些过江线路负荷很重，有些过江线路负荷很轻，没有充分利用过江通道的输电能力，出现输电瓶颈，影响输电效率。为了解决北电南送输电瓶颈问题，可以通过增加过江输电通道来直接增加输电能力，也可以加强苏北电网东西侧输电通道的联系从而使过江线路的功率分布更加均匀合理来间接增加输电能力。
5.2 加强地区二级电压控制
在风电接入地区，由于风功率出力变化引起的电压波动较大，枢纽节点需要补偿的无功功率变化亦较大，建议在具有大容量风电场接入的苏北地区建设地区二级电压控制，以协调该地区的无功功率的分配，优化地区电网的潮流，维持风电接入地区电网电压的安全稳定。由于风电场自身具有无功-电压的调节能力，在地区二级电压控制过程中，应充分利用风电场无功调节能力，并配合地区电网内的其他无功功率源，建立地区电网的AVC协调机制。
5.3 提高风电场的故障穿越能力
电网发生故障时，系统的电压会下降，甚至会出现功率缺额，如果对风电场不加任何控制任其在故障后的暂态过程自由响应，可能会出现风电场大面积停机现象，这就意味着在暂态过程中又给电网引入了新的冲击，对电网的暂态稳定性将产生不利影响。如果风电场的容量很大，这种影响就十分明显，因此应采取措施对风电场进行相应功率控制[6-7]，提高风电场的故障穿越能力，使其能够在故障期间一定范围内保持并网运行向电网提供无功支持，以提高电网的稳定性。
6 结语
大规模风电接入电网将给电力系统运行带来挑战，在风电规划阶段要对风电接入电网对电网安全稳定运行带来的影响进行必要的研究。本文根据江苏电网的风电规划，研究了风电接入后对江苏电网安全稳定性的影响，并对风电并网运行提出了一些建议措施。
作者简介：代贤忠(1986—)，男，河南信阳人，硕士研究生，从事电力系统运行与控制研究。E-mail：dxz09@mails.tsinghua.edu.cn
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