学术︱面向集电系统电压调节的风电场无功电压控制策略
东北电力大学电气工程学院、吉林电网调度中心的研究人员严干贵、孙兆键等，在2015年第18期《电工技术学报》上撰文指出，风能时空分布的差异性导致风电机组运行状态具有分散性，降低了风电场联网运行的安全性。
本文提出了一种通过调控风电机组无功输出以改善机组端电压分布的均衡性、进而改善集电系统电压水平的风电场无功电压控制策略，其中各机组无功参考功率是根据电网无功指令，利用集电系统拓扑结构特点，基于网络分析非迭代计算求得。
仿真结果表明，所提出控制策略能够改善风电场并网点电压水平，并且机组端电压水平基本一致，增强了风电机组抵御电网电压扰动的能力，提高了风电场联网运行的安全性。
2011年我国（不含港、澳、台）新增风电装机容量17.63GW，累计装机容量62.36GW，继续保持全球风电装机容量第一的地位。至2011年年底，中国有30个省、市、自治区（不含港、澳、台）有了自己的风电场，风电累计装机超过1GW的省份超过10个，其中超过2GW的省份9个。到2015年，风电装机将达到100GW[1]。
随着风电装机容量在电力系统中的占比越来越大，风电波动性给电网安全运行带来了新挑战[2,3]。
为降低风电接入对电网造成的不利影响，电网制定若干风电并网导则，其中要求风电场配置无功控制系统使之能够参与电网无功调节[4]，改善并网点电压水平。
风电机组脱网事件分析[5-7]表明：电网电压跌落扰动容易诱发机组脱网，尤其是重载工况下，轻微电压跌落如跌落0.1(pu)都可诱发机组脱网[8]。而大规模风电场中，风能分布的时空差异性导致风电机组运行状态分散，如某49.5MW（58×850kW）风电场，机组间端电压的最大偏差达0.07(pu)[9]，接近可诱发机组脱网的电压跌落幅度。因此，降低风电机组端电压差异，提高风电场整体电压水平是提高风电机组/场联网运行安全性的重要途径。
双馈感应风电机组具有一定的无功调控能力。但由于机组往往以单位功率因数运行，机组无功调控潜能未被利用，并且由于风能的低功率密度特性，大部分时间风电机组均处于轻载状态，风电机组无功调控潜能很大。
目前国内外学者针对风电机组参与风电场无功调控开展了大量研究。文献[10]提出了一种降低永磁直驱风电机组有功出力来增加其无功出力的风电场无功电压控制策略，其中各机组无功输出按其有功输出占比来分摊。
文献[11]提出一种基于风电功率预测数据预先投切电容器组的风电场无功电压控制策略。文献[12]提出一种无功电压实时协调控制策略，并建立风电场实时协调控制系统（RTCCS）。
上述研究聚焦于风电场并网点电压控制。事实上，为提高风电场联网运行安全性，不仅需要对并网点电压水平进行调控，同时还需改善集电系统电压水平，特别是需要提升机端电压最低机组的电压水平以增强风电机组抵御电网扰动能力，进而提升整体风电场联网运行安全。
本文利用风电场集电系统拓扑结构特点，提出了一种基于网络分析的风电场无功优化控制策略，即根据电网无功指令，运用以网络分析为基础的非迭代方法求得各风电机组的无功参考输出，通过调控风电机组无功功率输出来减小机端电压差异，在此基础上，再利用机组剩余无功调控潜能优化集电系统电压水平，此算法简便、耗时短。
图1 风电场集电系统典型接线
结论
针对风电场并网电压调控问题，提出了一种通过调控风电机组无功输出以改善机组端电压分布的均衡性、进而改善整个集电系统电压水平的风电场无功电压控制策略，各风电机组参考无功功率是利用集电系统机端电压-注入无功功率特性，根据电网无功指令基于网络分析非迭代直接计算求得，算法简单、计算速度快.
算例分析结果表明，在轻载、近满载工况下，通过优化风电机组无功出力，可使机端电压差异性控制在0.001(pu)之内；在此基础上，进一步挖掘机组无功调控能力，提升了集电系统电压水平，降低了集电系统网损，提高了风电场联网运行的安全性和经济性。
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