第五章并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響

1、朱永強朱永強風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 第第5 5章章 并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響l 章節(jié)設(shè)置章節(jié)設(shè)置5.1 5.1 并網(wǎng)風(fēng)電場的影響因素和電網(wǎng)問題并網(wǎng)風(fēng)電場的影響因素和電網(wǎng)問題5.2 5.2 大型并網(wǎng)風(fēng)電場的分析計算大型并網(wǎng)風(fēng)電場的分析計算5.3 5.3 風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響5.4 5.4 風(fēng)電場的容量可信度風(fēng)電場的容量可信度5.5 5.5 風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電

2、氣一次系統(tǒng) 第第5 5章章 并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)：理解風(fēng)速分布和風(fēng)電機組集群效應(yīng)對風(fēng)電場輸出功率的影響理解風(fēng)速分布和風(fēng)電機組集群效應(yīng)對風(fēng)電場輸出功率的影響，了解與風(fēng)電場并網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)問題，掌握大型并網(wǎng)風(fēng)電場，了解與風(fēng)電場并網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)問題，掌握大型并網(wǎng)風(fēng)電場電氣計算的考慮事項，分析和理解風(fēng)電場接入對電力系統(tǒng)的電氣計算的考慮事項，分析和理解風(fēng)電場接入對電力系統(tǒng)的影響，深刻理解風(fēng)電場容量可信度的概念，了解國內(nèi)外有關(guān)影響，深刻理解風(fēng)電場容量可信度的概念，了解國內(nèi)外有關(guān)風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定。風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場

3、電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 第第5 5章章 并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響并網(wǎng)風(fēng)電場對電網(wǎng)的影響知識點知識點風(fēng)速分布和集群效應(yīng)對風(fēng)電場輸出特性的影響；風(fēng)速分布和集群效應(yīng)對風(fēng)電場輸出特性的影響； 與風(fēng)電并網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)問題；與風(fēng)電并網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)問題； 并網(wǎng)風(fēng)電場的常用電氣計算和考慮事項；并網(wǎng)風(fēng)電場的常用電氣計算和考慮事項； 風(fēng)電場接入對電網(wǎng)電壓、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量及調(diào)度運行的風(fēng)電場接入對電網(wǎng)電壓、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量及調(diào)度運行的影響；影響；風(fēng)電場容量可信度的概念和評價方法；風(fēng)電場容量可信度的概念和評價方法； 風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定風(fēng)電場接入電網(wǎng)的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定 。風(fēng)電場電氣工程

4、風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.1 5.1 并網(wǎng)風(fēng)電場的影響因素和電網(wǎng)問題并網(wǎng)風(fēng)電場的影響因素和電網(wǎng)問題5.1.1 5.1.1 風(fēng)電場的風(fēng)速影響風(fēng)電場的風(fēng)速影響 5.1.2 5.1.2 風(fēng)電場的集群效應(yīng)風(fēng)電場的集群效應(yīng) 5.1.3 5.1.3 與接納風(fēng)電有關(guān)的電網(wǎng)問題與接納風(fēng)電有關(guān)的電網(wǎng)問題風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.1.1 5.1.1 風(fēng)電場的風(fēng)速影響風(fēng)電場的風(fēng)速影響風(fēng)速波動頻譜圖反映了不同類型風(fēng)速變化的時間范圍：風(fēng)速波動頻譜圖反映了不同類型風(fēng)速變化的時間范圍：風(fēng)湍流峰值（風(fēng)湍流峰值（Turbulent peak）主要是由）主

5、要是由1s內(nèi)到內(nèi)到1min變化的陣風(fēng)引起。變化的陣風(fēng)引起。 風(fēng)速的日峰值風(fēng)速的日峰值（Diurnal peak）取決）取決于每天的風(fēng)速變化于每天的風(fēng)速變化 氣象峰值（氣象峰值（Synoptic peak）取決）取決于氣候模式的變化，每天及每周都于氣候模式的變化，每天及每周都會變化同時也包括季節(jié)周期的變化。會變化同時也包括季節(jié)周期的變化。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.1.1 5.1.1 風(fēng)電場的風(fēng)速影響風(fēng)電場的風(fēng)速影響湍流峰值湍流峰值可能會影響風(fēng)電所供應(yīng)電能的電能質(zhì)量，對電能質(zhì)可能會影響風(fēng)電所供應(yīng)電能的電能質(zhì)量，對電能質(zhì)量的影響很大程度上取決于風(fēng)電機組采用

6、的技術(shù)。量的影響很大程度上取決于風(fēng)電機組采用的技術(shù)。 風(fēng)速的風(fēng)速的日峰值日峰值和和氣象峰值氣象峰值可能會影響電力系統(tǒng)的長期有功功可能會影響電力系統(tǒng)的長期有功功率平衡，解決的辦法之一是引入率平衡，解決的辦法之一是引入風(fēng)速預(yù)測風(fēng)速預(yù)測。當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速（例如當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速（例如25m/s25m/s），風(fēng)電機組就會停機。），風(fēng)電機組就會停機。這種情況可能發(fā)生在暴風(fēng)來臨時。當(dāng)暴風(fēng)過去后，風(fēng)速下降這種情況可能發(fā)生在暴風(fēng)來臨時。當(dāng)暴風(fēng)過去后，風(fēng)速下降到低于切出風(fēng)速時，風(fēng)電機組不會立即重新開始運行，通常到低于切出風(fēng)速時，風(fēng)電機組不會立即重新開始運行，通常是在風(fēng)速下降了是在風(fēng)速下降了34m/s34m/s

7、后開始重啟，如下圖后開始重啟，如下圖滯后曲線滯后曲線。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.1.1 5.1.1 風(fēng)電場的風(fēng)速影響風(fēng)電場的風(fēng)速影響對于電力系統(tǒng)，由風(fēng)速超過切出風(fēng)速引起的對于電力系統(tǒng)，由風(fēng)速超過切出風(fēng)速引起的大額風(fēng)電功率退大額風(fēng)電功率退出出，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)突然出現(xiàn)大量的，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)突然出現(xiàn)大量的功率缺額功率缺額。為了減小突然失去大量風(fēng)電對系統(tǒng)的影響及解決與滯后效應(yīng)為了減小突然失去大量風(fēng)電對系統(tǒng)的影響及解決與滯后效應(yīng)有關(guān)的問題，一些風(fēng)電機組制造商提供的風(fēng)電機組的功率曲有關(guān)的問題，一些風(fēng)電機組制造商提供的風(fēng)電機組的功率曲線不是在切出風(fēng)速時突然切出，

8、而是線不是在切出風(fēng)速時突然切出，而是隨著風(fēng)速增加，逐步減隨著風(fēng)速增加，逐步減少功率。少功率。 滯后曲線風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.1.2 5.1.2 風(fēng)電場的集群效應(yīng)風(fēng)電場的集群效應(yīng)風(fēng)電的風(fēng)電的集群效應(yīng)集群效應(yīng)對于電力系統(tǒng)的運行及電能質(zhì)量都有正面的對于電力系統(tǒng)的運行及電能質(zhì)量都有正面的影響。影響。（1 1）一個風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的臺數(shù)。陣風(fēng)不會同時吹過所）一個風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的臺數(shù)。陣風(fēng)不會同時吹過所有的風(fēng)機，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組數(shù)量不需要很大就可以達到有的風(fēng)機，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組數(shù)量不需要很大就可以達到非常平滑的效果。非常平滑的效果。 （2 2）多個風(fēng)電

9、場的地理分布范圍。多個風(fēng)電場位于更廣的）多個風(fēng)電場的地理分布范圍。多個風(fēng)電場位于更廣的地理范圍會大大減小風(fēng)速的日峰值和氣象峰值對電力系統(tǒng)的地理范圍會大大減小風(fēng)速的日峰值和氣象峰值對電力系統(tǒng)的影響，因為變化的氣象模式不會同時影響所有的風(fēng)機。影響，因為變化的氣象模式不會同時影響所有的風(fēng)機。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.1.3 5.1.3 與接納風(fēng)電有關(guān)的電網(wǎng)問題與接納風(fēng)電有關(guān)的電網(wǎng)問題電力系統(tǒng)接納風(fēng)電需要解決三個基本問題：電力系統(tǒng)接納風(fēng)電需要解決三個基本問題：1 1用戶和風(fēng)電場的電壓問題用戶和風(fēng)電場的電壓問題2 2系統(tǒng)的有功平衡問題系統(tǒng)的有功平衡問題3 3

10、系統(tǒng)的可靠性問題系統(tǒng)的可靠性問題簡單電力系統(tǒng)示意圖簡單電力系統(tǒng)示意圖 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備1 1用戶和風(fēng)電場的電壓問題用戶和風(fēng)電場的電壓問題沒有風(fēng)電時，沒有風(fēng)電時，如果負荷如果負荷P PD D變化，阻抗變化，阻抗Z Z1 1和和Z Z3 3較大（例較大（例如長線路），那么如長線路），那么U U3 3的波動會很大。的波動會很大。 為了避免發(fā)生較大的為了避免發(fā)生較大的電壓波動，可以電壓波動，可以采取加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（降低采取加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（降低Z Z1 1和和Z Z3 3的值）、在的值）、在用戶端附近安裝調(diào)壓變壓器來控制用戶端附近安裝調(diào)壓變壓器來控制U U3

11、 3、在電網(wǎng)側(cè)安裝調(diào)壓變、在電網(wǎng)側(cè)安裝調(diào)壓變壓器或電容器組及電抗器來控制電網(wǎng)電壓壓器或電容器組及電抗器來控制電網(wǎng)電壓U U1 1等措施來保證用等措施來保證用戶的電壓戶的電壓U U3 3。有風(fēng)電時，有風(fēng)電時，由風(fēng)電由風(fēng)電P PW W的波動引起的波動引起U U3 3的波動程度主要取決于阻的波動程度主要取決于阻抗抗Z Z1 1和和Z Z3 3的大小。同樣也會使風(fēng)電場側(cè)的電壓的大小。同樣也會使風(fēng)電場側(cè)的電壓U U2 2發(fā)生波動，發(fā)生波動，波動的大小取決于波動的大小取決于Z Z1 1和和Z Z2 2的大小。的大小。風(fēng)電場側(cè)也需要電壓控制風(fēng)電場側(cè)也需要電壓控制措施例，如措施例，如安裝調(diào)壓變壓器或無功補償安

12、裝調(diào)壓變壓器或無功補償措施，來穩(wěn)定電壓措施，來穩(wěn)定電壓U U2 2。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2 2系統(tǒng)的有功平衡問題系統(tǒng)的有功平衡問題如果風(fēng)電場分布在一個很大的地理范圍內(nèi)，大規(guī)模風(fēng)電并不如果風(fēng)電場分布在一個很大的地理范圍內(nèi)，大規(guī)模風(fēng)電并不會使系統(tǒng)的會使系統(tǒng)的一次備用一次備用需求增加，因為地理分布所帶來的需求增加，因為地理分布所帶來的平滑平滑效應(yīng)效應(yīng)緩解了風(fēng)電輸出的短時波動。然而，由于現(xiàn)有的緩解了風(fēng)電輸出的短時波動。然而，由于現(xiàn)有的風(fēng)電預(yù)風(fēng)電預(yù)測測技術(shù)的局限性，實際的風(fēng)電輸出和預(yù)測值之間的差值還是技術(shù)的局限性，實際的風(fēng)電輸出和預(yù)測值之間的差值還是需要系

13、統(tǒng)的需要系統(tǒng)的二次備用二次備用來平衡。因此對于風(fēng)電裝機比例大的系來平衡。因此對于風(fēng)電裝機比例大的系統(tǒng)，系統(tǒng)對統(tǒng)，系統(tǒng)對二次備用二次備用容量的需求受風(fēng)電影響是很大的。容量的需求受風(fēng)電影響是很大的。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備3 3系統(tǒng)的可靠性問題系統(tǒng)的可靠性問題（1 1） 電力系統(tǒng)必須有足夠的發(fā)電容量來滿足系統(tǒng)的最大需電力系統(tǒng)必須有足夠的發(fā)電容量來滿足系統(tǒng)的最大需求。求。電力系統(tǒng)設(shè)計通常采用電力系統(tǒng)設(shè)計通常采用N N1 1標(biāo)準，即系統(tǒng)內(nèi)一個最大的標(biāo)準，即系統(tǒng)內(nèi)一個最大的發(fā)電廠事故停機后不會使任何用戶停電。也就是說系統(tǒng)的備發(fā)電廠事故停機后不會使任何用戶停電。也

14、就是說系統(tǒng)的備用容量不小于系統(tǒng)內(nèi)最大一臺機組的容量。用容量不小于系統(tǒng)內(nèi)最大一臺機組的容量。（2 2）電網(wǎng)必須有足夠的輸電容量使發(fā)電容量可以順利地輸電網(wǎng)必須有足夠的輸電容量使發(fā)電容量可以順利地輸送到用戶端。送到用戶端。在設(shè)計時需要考慮一定的冗余（例如冗余的輸在設(shè)計時需要考慮一定的冗余（例如冗余的輸電線路及備用電廠），風(fēng)電引入電力系統(tǒng)改變了原有的系統(tǒng)電線路及備用電廠），風(fēng)電引入電力系統(tǒng)改變了原有的系統(tǒng)可靠性和用戶停電之間的權(quán)衡方式，有時僅需要考慮風(fēng)電場可靠性和用戶停電之間的權(quán)衡方式，有時僅需要考慮風(fēng)電場方面（也就是會影響風(fēng)電商的收入），有時需要考慮整個系方面（也就是會影響風(fēng)電商的收入），有時需要考

15、慮整個系 統(tǒng)。統(tǒng)。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.2 5.2 大型并網(wǎng)風(fēng)電場的分析計算大型并網(wǎng)風(fēng)電場的分析計算 5.2.1 5.2.1 風(fēng)電場的整體數(shù)學(xué)模型風(fēng)電場的整體數(shù)學(xué)模型 5.2.2 5.2.2 并網(wǎng)電壓等級的選擇并網(wǎng)電壓等級的選擇 5.2.3 5.2.3 母線電壓計算和無功補償方案母線電壓計算和無功補償方案 5.2.4 5.2.4 風(fēng)電場對電網(wǎng)短路電流的貢獻風(fēng)電場對電網(wǎng)短路電流的貢獻 5.2.5 5.2.5 風(fēng)電場的穩(wěn)定性計算風(fēng)電場的穩(wěn)定性計算風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.1 5.2.1 風(fēng)電場的整體數(shù)學(xué)

16、模型風(fēng)電場的整體數(shù)學(xué)模型詳細模型詳細模型 如如a所示所示將整個風(fēng)電場用一個單將整個風(fēng)電場用一個單機等值模型來表示，如機等值模型來表示，如b）所示；或者采用較少數(shù)所示；或者采用較少數(shù)量和相應(yīng)容量的多臺等量和相應(yīng)容量的多臺等值機模型，如值機模型，如c和和d所示。所示。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.1 5.2.1 風(fēng)電場的整體數(shù)學(xué)模型風(fēng)電場的整體數(shù)學(xué)模型綜合等值模型的視在功率（綜合等值模型的視在功率（MVAMVA值）等于所有風(fēng)電機組容量值）等于所有風(fēng)電機組容量之和：之和：簡化等值模型的有功功率等于所有風(fēng)電機組向電網(wǎng)輸送功率簡化等值模型的有功功率等于所有風(fēng)

17、電機組向電網(wǎng)輸送功率之和：之和：簡化等值模型的無功功率等于所有風(fēng)電機組與電網(wǎng)無功交換簡化等值模型的無功功率等于所有風(fēng)電機組與電網(wǎng)無功交換之和：之和：,11NMi jEijSSM NS,11NMi jEijPPM NP,11NMi jEijQQM NQ風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.2 5.2.2 并網(wǎng)電壓等級的選擇并網(wǎng)電壓等級的選擇輸配電電壓等級必須符合國家電壓標(biāo)準。我國現(xiàn)行標(biāo)準的電輸配電電壓等級必須符合國家電壓標(biāo)準。我國現(xiàn)行標(biāo)準的電網(wǎng)標(biāo)稱電壓有網(wǎng)標(biāo)稱電壓有3 3、6 6、1010、3535、6060、110110、220220、330330、500k

18、V500kV等。等。在輸送距離和傳輸容量一定的條件下，額定電壓越在輸送距離和傳輸容量一定的條件下，額定電壓越高，高，線路上的功率損耗、電能損耗和電壓損耗也就越小線路上的功率損耗、電能損耗和電壓損耗也就越小，并，并且可以且可以采用較小截面的導(dǎo)線采用較小截面的導(dǎo)線。但是，電壓等級越高，但是，電壓等級越高，絕緣水平要求越高絕緣水平要求越高，桿塔的幾何增桿塔的幾何增大大，造價也就越高造價也就越高。所以輸送距離和傳輸容量一定的條件下，都有相對應(yīng)的額定所以輸送距離和傳輸容量一定的條件下，都有相對應(yīng)的額定電壓，可以查表。電壓，可以查表。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2

19、.2 5.2.2 并網(wǎng)電壓等級的選擇并網(wǎng)電壓等級的選擇風(fēng)電場規(guī)模的大小以及輸送距離的遠近決定了并網(wǎng)線路的電風(fēng)電場規(guī)模的大小以及輸送距離的遠近決定了并網(wǎng)線路的電壓等級。壓等級。容量很小容量很小的風(fēng)電場可以接入低壓例如的風(fēng)電場可以接入低壓例如10kV10kV或或35kV35kV，直接向負荷供電；而直接向負荷供電；而容量較大容量較大的可以采用的可以采用110kV110kV、220kV220kV 電電壓等級接入系統(tǒng)；而在壓等級接入系統(tǒng)；而在百萬千瓦及以上風(fēng)電基地百萬千瓦及以上風(fēng)電基地，可將有關(guān)可將有關(guān)風(fēng)電場風(fēng)電場以以220kV220kV（或（或330kV330kV） 電壓等級匯集后升壓電壓等級匯集后升

20、壓500kV(500kV(或或750kV)750kV)電壓等級接入系統(tǒng)。電壓等級接入系統(tǒng)。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.2.3 5.2.3 母線電壓計算和無功補償方案母線電壓計算和無功補償方案5.2.3.1 5.2.3.1 電壓水平和無功功率的關(guān)系電壓水平和無功功率的關(guān)系集中參數(shù)輸電線路的等效電路和相量圖如下：集中參數(shù)輸電線路的等效電路和相量圖如下：2221222222222jd(j )(j )(j ) jSPQUUUI RXRXRXUUP RQ XP XQ RUU輸電線路首端和末端相電壓和之間存在下列關(guān)系：輸電線路首端和末端相電壓和之間存在下列關(guān)系：風(fēng)

21、電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.3.1 5.2.3.1 電壓水平和無功功率的關(guān)系電壓水平和無功功率的關(guān)系222 P RQ XUU222 P XQ RUU2222222221URQXPUXQRPUU由于由于2222222P RQ XP XQ RUUU所以所以22122P RQ XUUU電壓降落的縱分量電壓降落的縱分量電壓降落的橫分量電壓降落的橫分量電壓降落的縱分量，第一部分與有功功率和電阻有關(guān)，電壓降落的縱分量，第一部分與有功功率和電阻有關(guān)，第二部分與無功功率和電抗有關(guān)，要改變電壓損耗有第二部分與無功功率和電抗有關(guān)，要改變電壓損耗有兩種辦法：一是改變元件的

22、阻抗參數(shù)；二是改變電網(wǎng)兩種辦法：一是改變元件的阻抗參數(shù)；二是改變電網(wǎng)元件中傳輸?shù)墓β试袀鬏數(shù)墓β?，常常是改變常常是改變Q。無功負荷無功負荷大于大于無功出力時，無功出力時，電壓電壓就下降就下降，反之，電壓就會上升。，反之，電壓就會上升。 當(dāng)無功功率不能滿足電網(wǎng)對電壓當(dāng)無功功率不能滿足電網(wǎng)對電壓的要求時，必須配置各種無功功的要求時，必須配置各種無功功率補償裝置。率補償裝置。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.3.2 5.2.3.2 風(fēng)電場的無功補償風(fēng)電場的無功補償采用雙饋或永磁發(fā)電機的變速風(fēng)電機組雖然在控制系統(tǒng)的作采用雙饋或永磁發(fā)電機的變速風(fēng)電機組雖然

23、在控制系統(tǒng)的作用下可以運行在用下可以運行在coscos=1.0=1.0的恒功率因數(shù)的恒功率因數(shù)模式下，但控制系模式下，但控制系統(tǒng)只保證風(fēng)力發(fā)電機組所吸收的無功功率為零，但風(fēng)電場統(tǒng)只保證風(fēng)力發(fā)電機組所吸收的無功功率為零，但風(fēng)電場內(nèi)的集電線路，升壓變壓器仍有無功損耗。風(fēng)電場并入電網(wǎng)內(nèi)的集電線路，升壓變壓器仍有無功損耗。風(fēng)電場并入電網(wǎng)時，若電網(wǎng)無功原本就不足，則會擴大電網(wǎng)的無功缺額、惡時，若電網(wǎng)無功原本就不足，則會擴大電網(wǎng)的無功缺額、惡化無功狀況、降低電網(wǎng)電壓水平?；療o功狀況、降低電網(wǎng)電壓水平。 并網(wǎng)型風(fēng)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系力發(fā)電系統(tǒng)示意圖統(tǒng)示意圖風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主

24、要一次設(shè)備5.2.3.2 5.2.3.2 風(fēng)電場的無功補償風(fēng)電場的無功補償風(fēng)電場并網(wǎng)點所發(fā)出的無功功率為風(fēng)電場并網(wǎng)點所發(fā)出的無功功率為Qw=Q2+QyQx。 Qy：線路的充電功率；線路的充電功率； Qx：線路：線路串聯(lián)電抗消耗的無功功率串聯(lián)電抗消耗的無功功率如果如果Q20且且P P2 2R+QR+Q2 2X0X0時，并網(wǎng)點的電壓時，并網(wǎng)點的電壓U1U1低于低于U2U2。系統(tǒng)電。系統(tǒng)電壓壓U2U2一定時，風(fēng)電場從系統(tǒng)吸收過多無功功率（一定時，風(fēng)電場從系統(tǒng)吸收過多無功功率（Q Qw0w0，并網(wǎng)點，并網(wǎng)點U1U1的電壓則高于的電壓則高于U2U2。風(fēng)電場通過線路向。風(fēng)電場通過線路向系統(tǒng)提供無功功率（系

25、統(tǒng)提供無功功率（Q Qw0w0）。）。以上兩種情況，都需要在風(fēng)電場的升壓變電站內(nèi)安裝無功補以上兩種情況，都需要在風(fēng)電場的升壓變電站內(nèi)安裝無功補償設(shè)備。償設(shè)備。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.2.4 5.2.4 風(fēng)電場對電網(wǎng)短路電流的貢獻風(fēng)電場對電網(wǎng)短路電流的貢獻5.2.4.1 5.2.4.1 不同類型發(fā)電機的短路電流組成不同類型發(fā)電機的短路電流組成1.1. 同步發(fā)電機的短路電流同步發(fā)電機的短路電流圖形：圖形：表達式：表達式：aaa0zm( )fzmzmzmzmzm()()tttTTTtIi eIIeIIeI風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)

26、電場主要一次設(shè)備1.1.同步發(fā)電機的短路電流同步發(fā)電機的短路電流特點：特點：（1 1） 短路電流短路電流i it t由對稱的周期分量由對稱的周期分量i iz z和不對稱的非周期分和不對稱的非周期分量量i if f兩部分合成。兩部分合成。（2 2）短路電流的非周期分量是由于磁鏈守恒的原理電流不）短路電流的非周期分量是由于磁鏈守恒的原理電流不能突變而產(chǎn)生的自由電流。能突變而產(chǎn)生的自由電流。（3 3）短路電流周期分量由次暫態(tài)短路電流分量）短路電流周期分量由次暫態(tài)短路電流分量ii、暫態(tài)短、暫態(tài)短路電流分量路電流分量i i 和穩(wěn)態(tài)短路電流分量和穩(wěn)態(tài)短路電流分量i i三者構(gòu)成。三者構(gòu)成。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)

27、電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備 2. 2. 異步感應(yīng)發(fā)電機的短路電流異步感應(yīng)發(fā)電機的短路電流圖形：圖形：表達式：表達式：aa0zmzm( )()cos()ttTTi ti eIIet風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2. 2. 異步感應(yīng)發(fā)電機的短路電流異步感應(yīng)發(fā)電機的短路電流特點：特點：1) 1) 感應(yīng)發(fā)電機出口短路電流同樣包括非周期分量和周期分感應(yīng)發(fā)電機出口短路電流同樣包括非周期分量和周期分量。量。2) 2) 非周期分量與短路時電源電壓的初相角有關(guān)，以時間常非周期分量與短路時電源電壓的初相角有關(guān)，以時間常數(shù)數(shù)T Ta a衰減。衰減。3) 3

28、) 短路電流周期分量與轉(zhuǎn)差短路電流周期分量與轉(zhuǎn)差s s有關(guān)，以時間常數(shù)有關(guān)，以時間常數(shù)T T 衰減。衰減。4) 4) 短路電流將衰減至零而無穩(wěn)態(tài)電流分量。短路電流將衰減至零而無穩(wěn)態(tài)電流分量。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備3 3 雙饋感應(yīng)發(fā)電機的短路電流雙饋感應(yīng)發(fā)電機的短路電流圖形圖形：特點：特點：雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組在短路瞬間，風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子的雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組在短路瞬間，風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)子勵磁電壓和頻率不會突變轉(zhuǎn)子勵磁電壓和頻率不會突變。三相短路電流同樣含有周期分量和非三相短路電流同樣含有周期分量和非周期分量。周期分量。雙饋變速風(fēng)電機組由于短路初期變

29、流器仍處于工作狀態(tài)，雙饋變速風(fēng)電機組由于短路初期變流器仍處于工作狀態(tài)，此時的短路電流特性與同步電機類似，當(dāng)轉(zhuǎn)子保護動作將轉(zhuǎn)子短路后，此時的短路電流特性與同步電機類似，當(dāng)轉(zhuǎn)子保護動作將轉(zhuǎn)子短路后，其短路電流才出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象，與固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機組相似。其短路電流才出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象，與固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機組相似。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.4.2 5.2.4.2 風(fēng)電場對電力系統(tǒng)短路容量的貢獻風(fēng)電場對電力系統(tǒng)短路容量的貢獻以前并網(wǎng)風(fēng)電場的容量還比較小，在電力系統(tǒng)短路電流計算以前并網(wǎng)風(fēng)電場的容量還比較小，在電力系統(tǒng)短路電流計算時往往沒有考慮風(fēng)電場的影響，而是

30、簡單地將風(fēng)電場認為是時往往沒有考慮風(fēng)電場的影響，而是簡單地將風(fēng)電場認為是一個負荷，不考慮其提供短路電流。然而，當(dāng)大規(guī)模的風(fēng)電一個負荷，不考慮其提供短路電流。然而，當(dāng)大規(guī)模的風(fēng)電場接入系統(tǒng)后，在電網(wǎng)發(fā)生故障時風(fēng)力發(fā)電機組將向短路點場接入系統(tǒng)后，在電網(wǎng)發(fā)生故障時風(fēng)力發(fā)電機組將向短路點提供一定的短路電流（容量）。提供一定的短路電流（容量）。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.5 5.2.5 風(fēng)電場的穩(wěn)定性計算風(fēng)電場的穩(wěn)定性計算電力系統(tǒng)受到各種形式的干擾后，憑借系統(tǒng)本身固有能力和電力系統(tǒng)受到各種形式的干擾后，憑借系統(tǒng)本身固有能力和控制設(shè)備的作用，恢復(fù)到原來運行狀態(tài)

31、或達到新的穩(wěn)態(tài)運行控制設(shè)備的作用，恢復(fù)到原來運行狀態(tài)或達到新的穩(wěn)態(tài)運行的能力，稱為的能力，稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。按照系統(tǒng)承受擾動的大小，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分為按照系統(tǒng)承受擾動的大小，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩類。兩類。（1 1）靜態(tài)穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)正常運行時受。靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)正常運行時受到小干擾后，自動回復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力。到小干擾后，自動回復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力。（2 2）暫態(tài)穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定是指電網(wǎng)在受到。暫態(tài)穩(wěn)定是指電網(wǎng)在受到大干擾大干擾后各同后各同步電機同步運行并恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式或過渡到新的穩(wěn)

32、步電機同步運行并恢復(fù)到原來穩(wěn)態(tài)運行方式或過渡到新的穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。態(tài)運行方式的能力。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.2.5 5.2.5 風(fēng)電場的穩(wěn)定性計算風(fēng)電場的穩(wěn)定性計算有關(guān)風(fēng)電并網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定計算，有三方面內(nèi)容：有關(guān)風(fēng)電并網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定計算，有三方面內(nèi)容：1 1）風(fēng)電場的投入，電網(wǎng)承受大擾動的能力是增加了，還是）風(fēng)電場的投入，電網(wǎng)承受大擾動的能力是增加了，還是降低了。降低了。 2 2）風(fēng)功率的切入或退出，電網(wǎng)頻率或功率是否有變化，穩(wěn)）風(fēng)功率的切入或退出，電網(wǎng)頻率或功率是否有變化，穩(wěn)態(tài)值或暫態(tài)值是否有超標(biāo)的情況。態(tài)值或暫態(tài)值是否有超標(biāo)的情況。 3 3）電

33、網(wǎng)故障時，風(fēng)電機組因低電壓保護動作，退出運行）電網(wǎng)故障時，風(fēng)電機組因低電壓保護動作，退出運行后，對電網(wǎng)的影響。風(fēng)電機組是否需要具有低電壓穿越功能后，對電網(wǎng)的影響。風(fēng)電機組是否需要具有低電壓穿越功能。 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.3 5.3 風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響5.3.1 5.3.1 對電網(wǎng)電壓的影響對電網(wǎng)電壓的影響 5.3.2 5.3.2 對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響5.3.3 5.3.3 對電力系統(tǒng)調(diào)峰能力及運行調(diào)度的影響對電力系統(tǒng)調(diào)峰能力及運行調(diào)度的影響5.3.4 5.3.4 風(fēng)電場對電能質(zhì)量的影響風(fēng)電場對電能質(zhì)量的

34、影響 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.3.1 5.3.1 對電網(wǎng)電壓的影響對電網(wǎng)電壓的影響5.3.1.1 5.3.1.1 風(fēng)電場對電力系統(tǒng)電壓控制的影響風(fēng)電場對電力系統(tǒng)電壓控制的影響1.1.風(fēng)電場對輸電網(wǎng)電壓控制的影響風(fēng)電場對輸電網(wǎng)電壓控制的影響電網(wǎng)不可避免地需要附加措施來控制電壓電網(wǎng)不可避免地需要附加措施來控制電壓 2.2.風(fēng)電場對配電網(wǎng)電壓控制的影響風(fēng)電場對配電網(wǎng)電壓控制的影響越來越多的分布式發(fā)電，如風(fēng)電機組、光伏系統(tǒng)、小型熱電越來越多的分布式發(fā)電，如風(fēng)電機組、光伏系統(tǒng)、小型熱電聯(lián)產(chǎn)機組，并入配電網(wǎng)，這些發(fā)電設(shè)備改變了配電網(wǎng)的潮流聯(lián)產(chǎn)機組，并入配電網(wǎng)，

35、這些發(fā)電設(shè)備改變了配電網(wǎng)的潮流。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.3.1.2 5.3.1.2 風(fēng)電場自身的電壓穩(wěn)定性風(fēng)電場自身的電壓穩(wěn)定性1.1.靜態(tài)電壓穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定的基本過程本質(zhì)上是屬于穩(wěn)態(tài)的性質(zhì)。因此主靜態(tài)電壓穩(wěn)定的基本過程本質(zhì)上是屬于穩(wěn)態(tài)的性質(zhì)。因此主要的分析手段是潮流仿真要的分析手段是潮流仿真. .(1) (1) P-VP-V曲線法曲線法。對于應(yīng)用。對于應(yīng)用P P- -V V曲線對風(fēng)電場接入電網(wǎng)的靜態(tài)曲線對風(fēng)電場接入電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的分析，實際上是研究風(fēng)速變化導(dǎo)致的風(fēng)電電壓穩(wěn)定性的分析，實際上是研究風(fēng)速變化導(dǎo)致的風(fēng)電場出力變化對

36、電網(wǎng)電壓的影響場出力變化對電網(wǎng)電壓的影響 . .(2) (2) V V- -Q Q曲線法曲線法。V V- -Q Q曲線表示所研究母線（通常是研究系統(tǒng)曲線表示所研究母線（通常是研究系統(tǒng)中最為薄弱的母線）電壓中最為薄弱的母線）電壓V V(pu)(pu)同注入該母線無功功率同注入該母線無功功率Q Q(Mvar)(Mvar)之間的關(guān)系，可以定量研究母線的無功裕度或無之間的關(guān)系，可以定量研究母線的無功裕度或無功補償需求等。功補償需求等。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2. 2. 暫態(tài)電壓穩(wěn)定（大擾動電壓穩(wěn)定）暫態(tài)電壓穩(wěn)定（大擾動電壓穩(wěn)定）暫態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的

37、判據(jù)，是在給定的擾動及隨后的系統(tǒng)控制作，是在給定的擾動及隨后的系統(tǒng)控制作用下，所有母線電壓都達到可接受的穩(wěn)態(tài)水平。大擾動下的用下，所有母線電壓都達到可接受的穩(wěn)態(tài)水平。大擾動下的電壓穩(wěn)定性過程相對緩慢，需要在充分長的時間（從幾秒到電壓穩(wěn)定性過程相對緩慢，需要在充分長的時間（從幾秒到數(shù)十分鐘）通過長期動態(tài)仿真進行分析。數(shù)十分鐘）通過長期動態(tài)仿真進行分析。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.3.2 5.3.2 對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響1 1靜態(tài)穩(wěn)定特性靜態(tài)穩(wěn)定特性不同機端電壓下有不同的異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速電磁轉(zhuǎn)矩特性曲不同機端電壓下有不同的異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速電磁轉(zhuǎn)

38、矩特性曲線，如下圖所示。線，如下圖所示。當(dāng)異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速當(dāng)異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速 時，時，此時任意的穩(wěn)態(tài)運行點都是穩(wěn)此時任意的穩(wěn)態(tài)運行點都是穩(wěn)定的，異步機也是定的，異步機也是靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定的；的；而在異步機轉(zhuǎn)速而在異步機轉(zhuǎn)速 區(qū)間內(nèi)區(qū)間內(nèi)的穩(wěn)態(tài)運行點則都是的穩(wěn)態(tài)運行點則都是不穩(wěn)定的不穩(wěn)定的運行點運行點，會在任意的小擾動下，會在任意的小擾動下發(fā)生發(fā)電機超速及電壓失穩(wěn)現(xiàn)發(fā)生發(fā)電機超速及電壓失穩(wěn)現(xiàn)象。象。gkrgkr異步發(fā)電機在異步發(fā)電機在低負載運行低負載運行方式下的方式下的靜態(tài)穩(wěn)定裕靜態(tài)穩(wěn)定裕度度要高于滿載及要高于滿載及高負載運行高負載運行方式下的方式下的靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定裕度。裕度。電壓越低電壓越低的情

39、況下，異的情況下，異步發(fā)電機的步發(fā)電機的穩(wěn)定裕度越穩(wěn)定裕度越低；低； 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2 2暫態(tài)穩(wěn)定特性暫態(tài)穩(wěn)定特性要異步發(fā)電機故障時的加速面積小于其減速面積，異步發(fā)電要異步發(fā)電機故障時的加速面積小于其減速面積，異步發(fā)電機就是動態(tài)穩(wěn)定的；若加速面積大于減速面積，則異步發(fā)電機就是動態(tài)穩(wěn)定的；若加速面積大于減速面積，則異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速就會超出故障時的動態(tài)臨界轉(zhuǎn)速值，異步發(fā)電機失去機轉(zhuǎn)速就會超出故障時的動態(tài)臨界轉(zhuǎn)速值，異步發(fā)電機失去穩(wěn)定。穩(wěn)定。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2 2暫態(tài)穩(wěn)定特性暫態(tài)穩(wěn)定特性基于雙饋變速風(fēng)

40、電機組基于雙饋變速風(fēng)電機組的風(fēng)電場其靜態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定性的好壞的風(fēng)電場其靜態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定性的好壞完全取決于其控制系統(tǒng)的靜態(tài)控制策略及其暫態(tài)控制能力。完全取決于其控制系統(tǒng)的靜態(tài)控制策略及其暫態(tài)控制能力。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機永磁同步風(fēng)力發(fā)電機不從電網(wǎng)吸收無功電流，且機組電網(wǎng)側(cè)不從電網(wǎng)吸收無功電流，且機組電網(wǎng)側(cè)變流器參與系統(tǒng)無功和電壓的調(diào)節(jié)，因此可維持電網(wǎng)的短期變流器參與系統(tǒng)無功和電壓的調(diào)節(jié)，因此可維持電網(wǎng)的短期電壓穩(wěn)定，與異步風(fēng)力發(fā)電機和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機相比有電壓穩(wěn)定，與異步風(fēng)力發(fā)電機和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機相比有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)

41、電場電氣一次系統(tǒng) 5.3.3 5.3.3 對電力系統(tǒng)調(diào)峰能力及運行調(diào)度的影響對電力系統(tǒng)調(diào)峰能力及運行調(diào)度的影響5.3.3.1 5.3.3.1 電力系統(tǒng)的有功平衡及頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的有功平衡及頻率調(diào)整當(dāng)電力的生產(chǎn)等于消耗時（包括輸電和配電的損耗），系統(tǒng)當(dāng)電力的生產(chǎn)等于消耗時（包括輸電和配電的損耗），系統(tǒng)的頻率為額定值（中國是的頻率為額定值（中國是50Hz50Hz）；當(dāng)頻率低于）；當(dāng)頻率低于50Hz50Hz時，意味時，意味著系統(tǒng)的負荷大于電力的生產(chǎn)值；當(dāng)頻率大于著系統(tǒng)的負荷大于電力的生產(chǎn)值；當(dāng)頻率大于50Hz50Hz時，電力時，電力的生產(chǎn)大于電力的消耗。電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為的生產(chǎn)大于電力的

42、消耗。電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.2Hz0.2Hz。要使系統(tǒng)的頻率保持在額定值的適當(dāng)偏差內(nèi)，就需要不斷地要使系統(tǒng)的頻率保持在額定值的適當(dāng)偏差內(nèi)，就需要不斷地調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機的出力。這就需要電力系統(tǒng)有一定的備用調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機的出力。這就需要電力系統(tǒng)有一定的備用容量，根據(jù)備用容量的啟動時間可以將其分為容量，根據(jù)備用容量的啟動時間可以將其分為一次備用一次備用、二二次備用次備用及及長期備用長期備用（三次調(diào)整）。（三次調(diào)整）。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.3.3.2 5.3.3.2 風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)有功平衡的影響風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)有功平衡的影響1 1風(fēng)力

43、發(fā)電的出力模式風(fēng)力發(fā)電的出力模式風(fēng)電場的運行有其特殊性，最主要的是風(fēng)速本身的風(fēng)電場的運行有其特殊性，最主要的是風(fēng)速本身的間歇性間歇性和和隨機性隨機性引起的的整個風(fēng)電場出力變化的引起的的整個風(fēng)電場出力變化的不確定性不確定性。電場平均功率相對于額定功率的百分數(shù)，稱為電場平均功率相對于額定功率的百分數(shù)，稱為容量系數(shù)容量系數(shù)（Capacity factorCapacity factor）。）。對于陸上風(fēng)電場，容量系數(shù)通常在對于陸上風(fēng)電場，容量系數(shù)通常在20%40%20%40%之間，最大負荷之間，最大負荷運行小時數(shù)在運行小時數(shù)在18003500h/a18003500h/a之間。之間。海上風(fēng)電場的容量系數(shù)

44、可以達到海上風(fēng)電場的容量系數(shù)可以達到45%60%45%60%，最大負荷運行小最大負荷運行小時數(shù)在時數(shù)在40005000h/a40005000h/a之間。通常，風(fēng)電機組一年運行之間。通常，風(fēng)電機組一年運行60008000h60008000h，但在大多數(shù)時間內(nèi)出力不到額定功率的一半。，但在大多數(shù)時間內(nèi)出力不到額定功率的一半。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2 2風(fēng)電出力的波動性及平滑效應(yīng)風(fēng)電出力的波動性及平滑效應(yīng)要研究的區(qū)域越大，要研究的區(qū)域越大，平滑效應(yīng)平滑效應(yīng)覆蓋的時間范圍也越長，隨著覆蓋的時間范圍也越長，隨著地域的擴大，風(fēng)電機組出力變化的相關(guān)性不斷下降。地域

45、的擴大，風(fēng)電機組出力變化的相關(guān)性不斷下降。 一個固定區(qū)域其一個固定區(qū)域其平滑效應(yīng)平滑效應(yīng)是有上限的，是有上限的，也就是說也就是說，由于，由于平滑平滑效應(yīng)效應(yīng)引起的風(fēng)電出力變化的降低在某一值上是引起的風(fēng)電出力變化的降低在某一值上是飽和的飽和的，當(dāng)，當(dāng)然，如果地理范圍更大，然，如果地理范圍更大，平滑效應(yīng)平滑效應(yīng)的作用也會增加。的作用也會增加。系統(tǒng)調(diào)度所關(guān)心的地理范圍較廣。對于一個大區(qū)域來講，在系統(tǒng)調(diào)度所關(guān)心的地理范圍較廣。對于一個大區(qū)域來講，在秒及分鐘時間范圍的風(fēng)電出力變化并不重要，而每小時的變秒及分鐘時間范圍的風(fēng)電出力變化并不重要，而每小時的變化也大大低于其裝機容量的化也大大低于其裝機容量的50

46、60%5060%。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備3 3風(fēng)力發(fā)電對系統(tǒng)運行調(diào)度的影響風(fēng)力發(fā)電對系統(tǒng)運行調(diào)度的影響風(fēng)電出力的隨機性與負荷隨即變動的特點相吻合，因此可以風(fēng)電出力的隨機性與負荷隨即變動的特點相吻合，因此可以將風(fēng)電出力看作負的負荷。將風(fēng)電出力看作負的負荷。將風(fēng)電出力看作負的負荷，和當(dāng)?shù)刎摵汕€進行疊加，得出將風(fēng)電出力看作負的負荷，和當(dāng)?shù)刎摵汕€進行疊加，得出的等效負荷了解風(fēng)電對本地區(qū)負荷特性的影響的等效負荷了解風(fēng)電對本地區(qū)負荷特性的影響該風(fēng)電場出力不僅不該風(fēng)電場出力不僅不能改善系統(tǒng)的負荷特能改善系統(tǒng)的負荷特性，反而使之有所惡性，反而使之有所惡化，等效負

47、荷峰谷差化，等效負荷峰谷差的增大，加大了當(dāng)?shù)氐脑龃?，加大了?dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度的難度。電網(wǎng)調(diào)度的難度。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備3 3風(fēng)力發(fā)電對系統(tǒng)運行調(diào)度的影響風(fēng)力發(fā)電對系統(tǒng)運行調(diào)度的影響按發(fā)生時間的長短來分，風(fēng)電的波動性的影響分為短期和長按發(fā)生時間的長短來分，風(fēng)電的波動性的影響分為短期和長期的影響。期的影響。（1 1）短期影響短期影響。風(fēng)電出力短期（從幾分鐘到幾小時）波動。風(fēng)電出力短期（從幾分鐘到幾小時）波動性對系統(tǒng)的影響，主要是體現(xiàn)在系統(tǒng)為平衡其波動性所增性對系統(tǒng)的影響，主要是體現(xiàn)在系統(tǒng)為平衡其波動性所增加的系統(tǒng)備用。加的系統(tǒng)備用。 （2 2）其他短期影響

48、其他短期影響。間歇性出力的大量風(fēng)電勢必造成常規(guī)。間歇性出力的大量風(fēng)電勢必造成常規(guī)能源發(fā)電量的損失，這些機組的起停及低于額定負載運行能源發(fā)電量的損失，這些機組的起停及低于額定負載運行會使整個系統(tǒng)的效率下降。會使整個系統(tǒng)的效率下降。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備3 3風(fēng)力發(fā)電對系統(tǒng)運行調(diào)度的影響風(fēng)力發(fā)電對系統(tǒng)運行調(diào)度的影響（3 3）長期影響長期影響。電力單位和系統(tǒng)的調(diào)度部門必須能夠向負。電力單位和系統(tǒng)的調(diào)度部門必須能夠向負荷提供可靠性高的供電服務(wù)，風(fēng)電本身的間歇性向他們提荷提供可靠性高的供電服務(wù)，風(fēng)電本身的間歇性向他們提出了難題。停電的經(jīng)濟、社會及政治成本很高

49、，因此電力出了難題。停電的經(jīng)濟、社會及政治成本很高，因此電力單位本身并不情愿依靠間歇性的電源作為其供電容量的一單位本身并不情愿依靠間歇性的電源作為其供電容量的一部分。部分。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4 4風(fēng)電出力的預(yù)測風(fēng)電出力的預(yù)測風(fēng)電功率預(yù)測的風(fēng)電功率預(yù)測的意義意義：1 1）根據(jù)風(fēng)電場預(yù)測的出力曲線優(yōu)化常規(guī)機組的出力，達到）根據(jù)風(fēng)電場預(yù)測的出力曲線優(yōu)化常規(guī)機組的出力，達到降低運行成本的目的。降低運行成本的目的。2 2）掌握了風(fēng)電出力變化規(guī)律就減少了不確定性，增強了系）掌握了風(fēng)電出力變化規(guī)律就減少了不確定性，增強了系統(tǒng)的安全性和可靠性。統(tǒng)的安全性和可靠性

50、。3 3）在風(fēng)電參與電力市場的系統(tǒng)中，優(yōu)化電力市場中電力的）在風(fēng)電參與電力市場的系統(tǒng)中，優(yōu)化電力市場中電力的價值。價值。4 4）為風(fēng)電場的運行維護提供有益的參考。）為風(fēng)電場的運行維護提供有益的參考。為實現(xiàn)風(fēng)電預(yù)測，涉及到許多基礎(chǔ)工作，兩個大型的實時數(shù)為實現(xiàn)風(fēng)電預(yù)測，涉及到許多基礎(chǔ)工作，兩個大型的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，一個是據(jù)庫系統(tǒng)，一個是氣象部門氣象部門的數(shù)據(jù)庫，一個是的數(shù)據(jù)庫，一個是電力部門電力部門的數(shù)的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫既包括據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫既包括實時數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)，也包括，也包括歷史數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.3.4 5.3.4 風(fēng)電場對

51、電能質(zhì)量的影響風(fēng)電場對電能質(zhì)量的影響5.3.4.1 5.3.4.1 電壓偏差電壓偏差當(dāng)風(fēng)電場的并網(wǎng)電壓為當(dāng)風(fēng)電場的并網(wǎng)電壓為110kV110kV及其以下及其以下時，風(fēng)電場并網(wǎng)點電時，風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓的正、負偏差的絕對值之和壓的正、負偏差的絕對值之和不超過不超過額定電壓的額定電壓的10%10%。當(dāng)風(fēng)。當(dāng)風(fēng)電場的并網(wǎng)電壓為電場的并網(wǎng)電壓為220kV220kV及其以上及其以上時，正常運行時風(fēng)電場并時，正常運行時風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓的允許偏差為額定電壓的網(wǎng)點電壓的允許偏差為額定電壓的3 3+7%+7%。reNN100%UUUU風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.3.4.2

52、 5.3.4.2 電壓波動和閃變電壓波動和閃變電壓波動電壓波動為一系列電壓變動或連續(xù)的電壓偏差為一系列電壓變動或連續(xù)的電壓偏差 ：閃變閃變描述的是白熾燈亮度的變化，反映的本質(zhì)是電壓的快速描述的是白熾燈亮度的變化，反映的本質(zhì)是電壓的快速變化。閃變的主要影響因素是電壓波動的幅值和頻率。變化。閃變的主要影響因素是電壓波動的幅值和頻率。并網(wǎng)風(fēng)電機組不僅在并網(wǎng)風(fēng)電機組不僅在連續(xù)運行連續(xù)運行過程中產(chǎn)生電壓波動和閃變，過程中產(chǎn)生電壓波動和閃變，而且在機組而且在機組切換操作過程切換操作過程中也會產(chǎn)生電壓波動和閃變。中也會產(chǎn)生電壓波動和閃變。并網(wǎng)風(fēng)電機組引起的并網(wǎng)風(fēng)電機組引起的電壓波動和閃變電壓波動和閃變與與線

53、路線路X/RX/R比比呈非線性呈非線性關(guān)系，當(dāng)對應(yīng)的線路阻抗角為關(guān)系，當(dāng)對應(yīng)的線路阻抗角為60607070時，電壓波動和閃時，電壓波動和閃變最小。變最小。maxminN100%UUdU風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備5.3.4.3 5.3.4.3 諧波諧波頻率高于頻率高于50Hz50Hz的電流或電壓成分稱之為的電流或電壓成分稱之為諧波諧波。當(dāng)諧波頻率為。當(dāng)諧波頻率為工頻頻率的整數(shù)倍時，稱之為工頻頻率的整數(shù)倍時，稱之為整數(shù)次諧波整數(shù)次諧波。將一個畸變的周期電流展開成傅里葉（將一個畸變的周期電流展開成傅里葉（FourierFourier）級數(shù)：）級數(shù)：電流總均方根

54、值（有效值）的表達式電流總均方根值（有效值）的表達式第第h h次諧波電流的含有率次諧波電流的含有率總諧波電流畸變率總諧波電流畸變率 m0h1( )cos()Mhhi tIhMhhII12%1001IIHDh%100122IITHDMh風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備 5.3.4.3 5.3.4.3 諧波諧波 對于風(fēng)電機組來說，發(fā)電機本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，對于風(fēng)電機組來說，發(fā)電機本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的真正來源是風(fēng)電機組中采用的諧波電流的真正來源是風(fēng)電機組中采用的電力電子元器件電力電子元器件。對于對于定速風(fēng)電機組定速風(fēng)電機組來說，在來說，在連

55、續(xù)運行連續(xù)運行過程中沒有電力電子過程中沒有電力電子器件參與，因而也基本器件參與，因而也基本沒有諧波產(chǎn)生沒有諧波產(chǎn)生；變速風(fēng)電機組變速風(fēng)電機組則采則采用大容量的電力電子元件，變速風(fēng)電機組的用大容量的電力電子元件，變速風(fēng)電機組的諧波注入問題諧波注入問題需要考慮。需要考慮。 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.4 5.4 風(fēng)電場的容量可信度風(fēng)電場的容量可信度5.4.1 5.4.1 風(fēng)電場容量可信度的概念風(fēng)電場容量可信度的概念 5.4.2 5.4.2 容量可信度的評價方法容量可信度的評價方法 5.4.3 5.4.3 影響容量可信度的因素影響容量可信度的因素風(fēng)電場電氣工

56、程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.4.1 5.4.1 風(fēng)電場容量可信度的概念風(fēng)電場容量可信度的概念充裕度充裕度(adequacy)(adequacy)表示電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力表示電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力需求和總的電能量的能力。需求和總的電能量的能力。發(fā)電容量可信度發(fā)電容量可信度（有時稱為容量（有時稱為容量價值）是一臺給定的發(fā)電機對整個系統(tǒng)充裕度的貢獻。價值）是一臺給定的發(fā)電機對整個系統(tǒng)充裕度的貢獻。有一種觀點有一種觀點認定并網(wǎng)風(fēng)電場沒有容量效益，不能替代一認定并網(wǎng)風(fēng)電場沒有容量效益，不能替代一定量的發(fā)電容量，定量的發(fā)電容量，風(fēng)電場風(fēng)電場未獲得容量可信

57、度，也稱其未獲得容量可信度，也稱其容量可容量可信度為零。信度為零。但是，就容量可信度而言，風(fēng)力發(fā)電和傳統(tǒng)發(fā)電方式只是在但是，就容量可信度而言，風(fēng)力發(fā)電和傳統(tǒng)發(fā)電方式只是在設(shè)備可用率方面的有數(shù)量上的差異，而沒有本質(zhì)區(qū)別。設(shè)備可用率方面的有數(shù)量上的差異，而沒有本質(zhì)區(qū)別。 風(fēng)電場的容量可信度一般用來表征風(fēng)電替代常規(guī)容量的能力風(fēng)電場的容量可信度一般用來表征風(fēng)電替代常規(guī)容量的能力 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.4.2 5.4.2 容量可信度的評價方法容量可信度的評價方法風(fēng)電的容量可信度有兩種評價方法：風(fēng)電的容量可信度有兩種評價方法：（1 1）可靠性指標(biāo)計算可靠性指

58、標(biāo)計算。計算含風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，在。計算含風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，在保證系統(tǒng)可靠性不變的前提下，風(fēng)電能夠替代的常規(guī)發(fā)電機保證系統(tǒng)可靠性不變的前提下，風(fēng)電能夠替代的常規(guī)發(fā)電機組容量即為其容量可信度。這方法組容量即為其容量可信度。這方法適合于系統(tǒng)的規(guī)劃階段適合于系統(tǒng)的規(guī)劃階段。 （2 2）時間序列仿真時間序列仿真。選擇合適的時間段作為研究對象，通。選擇合適的時間段作為研究對象，通過計算風(fēng)電場的容量系數(shù)（風(fēng)電場實際出力與理論發(fā)電量的過計算風(fēng)電場的容量系數(shù)（風(fēng)電場實際出力與理論發(fā)電量的比值）來估算容量可信度。在負荷高峰時段，可以認為容量比值）來估算容量可信度。在負荷高峰時段，可以認為容量系數(shù)等于容量

59、可信度。該方法系數(shù)等于容量可信度。該方法適用于為系統(tǒng)的運行提供決策適用于為系統(tǒng)的運行提供決策支持。支持。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.4.3 5.4.3 影響容量可信度的因素影響容量可信度的因素大量關(guān)于風(fēng)電容量可信度的研究表明，風(fēng)力發(fā)電將會大量關(guān)于風(fēng)電容量可信度的研究表明，風(fēng)力發(fā)電將會增加系增加系統(tǒng)的負荷承載能力統(tǒng)的負荷承載能力，可以，可以部分滿足負荷需求的規(guī)劃性增長部分滿足負荷需求的規(guī)劃性增長。下圖為下圖為隨著風(fēng)電裝機容量的增加容量可信度的變化趨勢隨著風(fēng)電裝機容量的增加容量可信度的變化趨勢，實，實線是考慮了地理范圍的線是考慮了地理范圍的平滑效應(yīng)平滑效應(yīng)

60、，而虛線是沒有考慮這，而虛線是沒有考慮這個影響因素。個影響因素。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 5.4.3 5.4.3 影響容量可信度的因素影響容量可信度的因素愛爾蘭愛爾蘭的輸電系統(tǒng)運營商，在的輸電系統(tǒng)運營商，在20042004年發(fā)布了一份研究報告年發(fā)布了一份研究報告 ，該研究發(fā)現(xiàn)：風(fēng)電穿透功率高會大大增加系統(tǒng)內(nèi)燃氣輪機，該研究發(fā)現(xiàn)：風(fēng)電穿透功率高會大大增加系統(tǒng)內(nèi)燃氣輪機的起動次數(shù)及功率爬坡斜率；在愛爾蘭的電力系統(tǒng)中，利用的起動次數(shù)及功率爬坡斜率；在愛爾蘭的電力系統(tǒng)中，利用風(fēng)力發(fā)電減少二氧化碳排放的成本是風(fēng)力發(fā)電減少二氧化碳排放的成本是120/t120/t。挪