基于分散式风电接入对配电电压及网损的影响研究 叶良明 胡业红 （国网铜陵供电公司 安徽铜陵２４＿４Ｏ００） 摘要：本文运用改进前推回代潮流计算方法并引入电压及网损改善指标，研究了分散式风电接入后对配电网电压及网损的影 响。研究风电机组类型不同时，接入不同地点时，以及是否装设无功补偿设备等各种情况下，比较配电网电压及网损指标的变化。 关键词：配网电压；配网网损；分散式风电；小风电拓扑；辐射型配网 中图分类号：ＴＭ６１４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ｏｏ４—７３４４（２０ｌ３）２１￣１８３一ｏ２ 引言 分散式风电是将风电机组以分散多点的方式接入低电压配电系统， 位于用电负荷中心附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的 电力就近接入电网并在当地消纳。分散式风电并网将成为解决制约风电 发展的难题的方式之一。基于传统辐射型配电网研究研究分散式风电接 入后对配电系统电压网损的影响意义重大。 ｌ风电机组数学模型 １．１普通恒速恒频异步风力发电机（如图１） 感应发电机 图１恒速恒频异步风力发电机 恒速恒频异步风力发电机结构简单造价便宜，在市场上占有一定份 额。这类发电机一般不加变流设备，直接通过变压器接入电网。但是，此 图３含异步风机的潮流计算流程图 类发电机没有低电压穿越功能，在运行中需要从电网吸收一定的无功。 ２－３加无功补偿设备异步风力发电机 其所需无功的大小与发电机发出有功功率和节点电压的大小有关。在潮 普通异步风力发电机，在运行时需要吸收大量的无功，增加了电网 流计算中一般把异步发电机接入节点处理为ＰＯ节点。 的压降与损耗。为了减少风电并网的不利影响，通常在风电场内部装有 １．２双馈异步风力发电机（如图２） 无功补偿装置，补偿风电场的无功，提高风电场的功率因数，减少线路传 双馈电机 输的无功功率，从而提高电网的电压质量 检验进行无功补偿后风电场口的功率因数是否满足要求，如果不满 足，则令无功补偿设备的无功出力等于无功补偿后，异步风电机组吸收 的无功功率，重复以上步骤重新进行潮流计算。改进前推回代潮流计算 流程如图４所示。 图２双馈异步发电机 双馈异步发电机由绕线转子异步发电机和在转子电路上带交流励 磁变频器组成。发电机向电网输出的功率由两部分组成：即直接从定子 输出的功率和通过变频器从转子输出的功率。 双馈异步发电机的无功功率是发电机定子侧发出或吸收的无功功 率与变流器在发电机转子侧发出或吸收的无功功率组成。调节转子外加 电源电压的幅值和相角，可以改变定子侧发出或吸收的无功功率的大 小。从而实现有功和无功的解耦控制。在实际运行中，一般对双馈异步风 力发电机进行恒功率因数为１控制，使风机所发无功总和为０ ２风电机组在潮流计算中的处理 ２．１含双馈异步风力发电机 双馈异步风力发电机，能够实现有功、无功的解耦控制，通过采取适 当的控制策略，能够保证ＤＦｌＧ工作在单位功率因数工作状态，即风电场 出口处的无功功率为０。相比于其他类型的风机，ＤＦＩＧ基本不消耗无功 功率，其电压稳定性较好。在本文研究双馈异步风力发电机组分散式接 入配电网后对电网电压的影响中，只考虑双馈异步风力发电机组的有功 出力，将其出口功率因数看作１。由于风电机组是分散式接入配电网中， 可以满足附近节‘点的负荷需求，减少了配电线路的功率传输，可以在一 定程度上抬高某些节点的电压。 图４含无功补偿容量整定的潮流计算流程图 ３算例仿真 采用本文前述改进前推同代潮流计算方法利用在ＩＥＥＥ３３配电网系 统进行仿真，分析不同类型风电机组在接入位置压分布和损耗的影响。 ＩＥＥＥ３３节点拓扑如下图所示，系统参数见文献。系统母线电压取为 １．Ｏ５，基准功率取１ＭＶＡ，电压基值为１２．６６ｋｖ。单台风力发电机的额定容 量为７５ＯｋＷ，其额定电压为０．６９ｋＶ，将风电机经变比为０．６９／１２．６６ｋＶ的 变压器接入配电网。异步风机计算所需参数如表１所示。 ２．２不加无功补偿的恒速恒频异步风力发电机 恒速恒频异步风力发电机在运行时，需要吸收无功功率，并且无功 功率的大小与风机参数，电网电压及风电机组有功出力有关。具体数学 模型在上文已有介绍。在进行配电网潮流计算时，需要将此类机组的数 学模型考虑在内，采用前推回代算法计算含有异步风机接入的辐射型配 电网的流程如图３所示。 表１恒速恒频异步风机参数 额定容量（ｋｗ） 额定电压（ｋＶ） 定子电抗（ｐｕ） ７５０ ０．６９ ０．０９９８５ 转子电抗（ｐｕ） 转子电阻（ｐｕ） 励磁电抗（ｐｕ） ０．１０９０６ ０．ｏｏ３７３ ’３．５４７０８ 表３装设无功补偿设备前后电压网损改善指标 无功补偿前 无功补偿后 电压改善指标 网损改善指标 １．０ｏ５０７５ ０．９８９６０９ 表４改进潮流部分计算结果 １ ０１０９ １．４８３４ 设定节点权重因子其中为各节点负荷的视在功率。根据公式（１）～ （２）分别计算当双馈式异步风电机组接入和恒速恒频异步风电机组接入 后的电压改善指标和网损改善指标，如图５。 节点 １７ ２１ 未加无功补偿设备 加入无功补偿设备 风电机组吸 风电机组功 风电机组吸 无功补偿设 风电机组功 收无功 率因数 收无功 备发出无功 率因数 Ｏ．３Ｏ２０ｌ５ ０．３３４ｌ６５ Ｏ．３０２００５ ０．７７８８２３ ０．７４６５８７ ０．７７８８３３ Ｏ－３１Ｏ６９１ Ｏ．３３６４２７ ０．３Ｏ７５９８ Ｏ－３０２Ｏ１５ ０＿３３４ｌ６５ ０．３Ｏ２００５ Ｏ．９９９７３２ ０．９９９９８２ ０．９９９８８９ １。 抛 ６ ｌ ３２ 仿真分析当３台双馈式异步风电机组分别接入尾节点（２１，１７，３２） 图５ ＩＥＥＥ３３节点拓扑结构 和交叉节点（１，２，５），保持风电机组出力均为其容量的５０％时，电网电压 ３．１不同类型风力发电机接入配电网 和网损的变化。 图８中为接入风电机组前配电网的各节点电压：为双馈式异步风电 仿真分析当３台双馈异步风电机组或３台异步风电机组分别接入 节点２ｌ，ｌ７，３２，设风电机组出力均为其容量的５０％时，电网电压和网损 机组接入配电网节点（１７，２１，３２）后各节点电压；为双馈式式异步风力发 电机组接入配电网节点（１，２，５）各节点电压。由图８、表５可知，风电机组 的变化。 图６中为接入风电机组前配电网的各节点电压；为接入双馈式异步 接入除根节点以外的任何位置都会改善系统的有功损耗与节点电压，但 风电机组后配电网各节点电压；为接入恒速恒频异步风力发电机组后配 其改善程度与风电机组接入位置密切相关。节点电压在不同情况下的改 电网各节点电压。由图６、表２可知： 善程度也与其拓扑结构有关。在双馈式异步风机接入时，接于末节点 （１７，２１，３２）电压网损的改善效果要明显好于接入交叉节点（１，２，５）。 ｒ— 一 一・ 一‘Ｕｌ ’ ！ ‘’Ｉ－－－－＇￣’ ｎ越』譬 ｊ捌 ｌ’ｊ 喜 ：．： ∞Ｈ ｚ＊ ∞２吕 ２ ： ：ｉ ｊ ０ ： ｋ． ０ ： ： ： － ｉ ．ｊ 、、 ； ；ｊ ９，０ ≮ ｉ｝ １２ １３ １４ Ｉ５ １… １９ ２１≈４一 一 ０ ：：芝： Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７日图６不同类型风机接入后各节点电压 表２不同类型风机电压网损改善指标 双馈式 电压改善指标 网损改善指标 １．０１１０４９ １．４９６７８１ 恒速恒频式 １．ｏｏ５０７５ ０．９８９６０９ 图８不同接入位置的各节点电压 表５不同接入位置电压网损改善指标 节点（１７，２１，３２） 节点（１，２，５） 电压改善指标 网损改善指标 １．０Ｉ１０４９ １．４９６７８１ １．００５０７５ １．１６Ｏｌ （１）风电机组接入电网末端节点后会对配电网的各节点电压均产生 影响，而对接入点的电压影响最为显著。由于抬高了末端电压，对接入点 以及附近的负荷有一点补偿，降低的线路压降与网损，各节点的电压均 有所改善。 （２）恒速恒频异步风电机组在发出有功的同时需要从电网吸收无功， 对电压的改善没有双馈式异步风电机组效果显著。由于线路传输无功产生 损耗，恒速恒频异步风电机组接入电网后增加了系统的网损，因此网损改 善指标小于１。 ４结语 本文针对辐射型配电网，对分散式风电接入配电网后进行仿真分 析。通过引入电压和网损改善指标，对比了不同情况下风机接入对电网 的影响。并且通过改进潮流计算，仿真分析了加入无功补偿设备后对电 网的影响。研究表明： （１）分散式风机接入配电网会对系统网损和全网节点电压都会产生 定的影响。但是不同类型的风电机组影响也不同。 （２）通过本文的改进潮流计算可以方便简便的整定无功补偿设备的 ３．２恒速恒频异步风机加入无功补偿后配电网 无功出力。装设无功补偿设备对分散式风电接入配电网后的电压改善指 仿真分析当３台恒速恒频异步风电机组分别接入节点２ｌ，１７，３２，风 标和网损改善指标都会产生积极影响。 电机组出力均为其容量的５０％时，电网电压和网损的变化。假设无功补 （３）分散式风电机组接入不同节点对电网的影响也不同。由于电网 偿设备可以满足恒速恒频异步风机的无功需求。设定风电机组功率因数 拓扑结构的特点，各节点电压所受风机影响也不同。 为Ｏ．９８。 图７中为接入风电机组前配电网的各节点电压；为接入未加无功补 参考文献 偿时恒速恒频异步风力发电机组接入后配电网各节点电压；为加入无功 【１１严干贵，王茂春，穆钢，崔杨，周志强，戴武昌．双馈异步风力发电机组 补偿后恒速恒频异步风力发电机组接入后配电网各节点电压。由表３可 联网运行建模及其无功静态调节能力研究 ．电力技术学报，２００８，２３（７）： 知，无功补偿设备接入后对系统的电压与网损改善有很大影响。由表４ ９８～１ｏ４． 可知，无功补偿设备补偿异步风机从系统吸收的大量无功，系统中传输 ｆ２１胡卫红，王玮，王英伟，肖海波．电力系统潮流计算中风电场节点的处 的无功功率减少从而降低网损抬高电压。通过本文的计算方法可以方便 理方法『Ｊ］．华北电力技术，２００６，１０：１２～１６． 计算出无功补偿设备所需无功，满足风电并网的功率因数约束。 一ｉ ｌｌｌ ｌｌｌ ｉ 、 —ｈ一 ！ －＝ ， ｉ ｉＬ； ｌ Ｉ 、、 ● ： 、＿＿ 一 二－ｌ一 收稿日期：２０１３—８—２９ 作者简介：叶良明（１９７２一），男，汉族，安徽南陵人，工程师，铜陵供电公司 中心。 ‘ 胡业红（１９７３一），女，汉族，安徽贵池人，工程师，铜陵供电公司变电 运维工区。 ： 图７无功补偿前后后各节点电压 ３．３接入不同地点
