风电场并网对电力系统的影响

尹剑峰

（湖北龙源新能源有限公司，湖北 武汉 430077）

风电场并网对电力系统的影响

尹剑峰

（湖北龙源新能源有限公司，湖北 武汉 430077）

在科技技术飞速发展的时代背景下，大力开发和利用新能源，不仅是电力工业发展的未来趋势，同时也是应对能源紧缺问题的有效措施。随着风电场并网规模的不断扩大，对电力系统的电能质量以及安全稳定运行等方面也产生了一定影响，并严重削弱了传统电源对电网运行的调控能力。为了有效缓解风电场并网带来的不利影响，相关企业应该加大对风电场并网对电力系统影响的研究力度，并采取有效措施，促进风力发电事业的健康发展。

风力发电；电力系统；风电场并网；影响；措施

科技技术的进步，使得各行各业对于能源的需求量也在逐年增加，与之相对应的是一些传统能源，比如煤炭、天然气以及石油等能源的储量也在不断减少。开发和利用可再生以及清洁型能源就势在必行，这也在无形中促使风力发电技术趋向成熟。但是由风电场并网带来一系列问题，也成为关注的重点。据此，应该将风电场并网对电力系统的影响作为研究重点，采取有效措施去应对和解决由风电场并网带来的不利影响，进而为我国经济的稳定增长提供技术支撑。

1 当前风力发电的现状及特点

为应对能源危机，我国的风力发电技术也趋向成熟，并在实际应用中取得了骄人成就。有数据显示，截止到2010年底，我国风电累计并网装机已达三千多万千瓦，且装机规模也处于世界先列，全年发电量超过了五百亿千瓦时。其中我国的风力发电建设呈现以下特点：①为满足供电需求，单个风电场装机容量也在不断增加；②风电场接入电网的电压等级也在不断提高；③由于风电总装机容量的快速增长，使得风力发电在电力系统中的比例也在加大。风能是近年来广受关注的清洁型能源之一，其随机性较大、间歇性较强且不具备稳定性。因此如果在整个电力系统中风电装机容量所占比重不断增加，那么对于电网本身的安全性以及稳定性也会造成一定冲击，由此可见，风电场并网对电力系统的影响是不容小觑的。

2 风电场并网对电力系统的影响

2.1 风电场并网会对电网电压造成影响

风力发电的质量与风速大小以及风向密切相关，而风速大小和风向却又是不可预测的变量，这就导致整个风力发电过程具有很大的不确定性。与此同时，受风力资源分布的限制，通常会将风电场设置在电网末端，其网络结构也较为薄弱，使得风电场在并网运行时，势必会对电网电压质量造成一定影响，而这种影响也会随着发电厂规模的扩大而增加。另外由于当前的风力发电机大多采用的是感应发电机，且发电机的运行需要无功支持，所以并网运行的风力发电机对于电网而言是一个无功负荷。通常情况下，每台风力发电机都会配有相应的无功补偿装置，比如分组投切电容器等，用以满足风力发电厂的无功需求，且它最大无功补偿量应该依据异步发电机在额定功率时的功率因数而定。

2.2 风电场并网会对电能质量造成影响

风力发电所产生的电能具有间歇性以及波动性等特征，且整个发电过程势必会影响到电网本身的电能质量，并由此产生的一系列问题，也制约着风力发电事业的健康发展，比如电压闪变、谐波、电压波动以及电压偏差等。目前，电能质量除了会受到来自电压波动以及电压闪变带来的不利影响之外，还会受到谐波影响。其中风电场并网给电网带来的谐波主要来自于以下两方面：①由风力发电机的无功补偿装置带来的谐波，并联电容器可能会与线路电抗发生谐振，进而产生谐波；②风力发电机自身电力电子装置带来的谐波，并联电容与电抗元件发生谐振会放大谐波效应。

2.3 风电场并网会对电网稳定性造成影响

由于风力发电系统常被设置在电网末端，这一方面会改变配电网传统的单电源分布式结构，另一方面还会改变潮流流向以及分布。与此同时，随着风电注入功率的增加，风电场附近局部电网电压越限等问题的发生几率也会大幅度提升，如不及时有效地进行处理，则会造成更为严重的后果，比如电压崩溃等现象。在过去，由于风电厂容量较小，通常不会将其接入电网，且一旦系统出现问题，只要切除风电机组，基本就可保证电网以及电厂的安全。然而风电场渗透功率的大幅度提升，也让电网功率在不稳定的风电输出下受到更大冲击，进而严重影响到电网的稳定性。

2.4 风电场并网会对电网继电保护造成影响

在风电场并网过程中，由于风电机组的频繁投切，使得接触器出现不同程度的损坏，并严重影响到接触器的使用寿命。所以尽可能的减少风力发电组的投切次数就势在必行。风力发电机在有风时也要始终与电网相连，并且当风速在启动风速区间上下波动时，可以允许风力发电机短时间内停止运行。这样就可以改变联络线的潮流方向，将这种运行方式运用于继电保护装置中，可以取得不错成效。由此可见，流过风电场以及电网之间的联络线功率可能是双向的。另外，风电场一般会从电网末端接入配电网，且配电网采用的大多为三段式电流保护，所以一旦系统出现故障，尽管风力发电提供的短路电流很少，也会对配网保护装置的正确运行造成影响。

3 降低风电场并网对电力系统不利影响的措施

3.1 提高电压稳定性的措施

为进一步减少风电场并网给电压稳定性带来的负面影响，可以采取以下措施：①运用储能装置。超导储能装置是一种既可以适当调节有功无功的功率，同时又能独立控制有功或者无功情况的储能装置。超能储能装置凭借其优越的灵活性，可以在降低风电场输出功率波动情况的前提下，达到稳定整个电场电压的目的；②采取无功补偿技术。当风电系统出现故障时，想要保证其稳定性，可以通过增加电容器的补偿容量来实现。在风电场出口安装动态无功调节装置，可以对无功补偿功率的大小进行快速调节，并提供动态的电压支撑，以此来为系统的稳定运行提供保障。

3.2 提高电能质量的措施

在风电场并网过程中，出现电压波动以及闪变的主要原因，是受到了并网风电场的公共连接点短路比（SCR）以及电网线路电抗/电阻比（X/R）影响。其中，SCR的值与发生电压波动以及闪变的几率成反比，SCR的值越小，则越有可能发生电压波动以及闪变现象；除此之外，当电网线路的X/R比值处于合理区间内，则由无功率引起的电压波动就可以很好地补偿有功率引起的电压波动，进而使平均闪变值得以减轻。由此可见，确保电容器组设置的科学合理，可以在抑制电压偏差以及电压变动的基础上，改善电能质量。

3.3 调整保护装置的措施

将风电场接入电力系统，应该对其带来的故障电流引起重视，以此来为配电网的保护以及重新调整提供便利。与此同时，在整定和配置风电场保护装置时，还应该对风电场以及电网之间联络线的功率流向进行考虑。其中，对于风电厂保护装置的整定以及配置，可以将终端变电站的方案作为参考依据。借助配电网的保护来对系统故障进行有效切除，利用低电压保护以及孤岛保护等措施，逐一切除风力发电机组，以此来在故障期间断开系统以及风电场二者的连接；在确认故障被完全清除后，就可以将风电场重新接入电力系统。然而在风力发电技术迅猛发展的带动下，未来我国会存在大规模风电接入电力系统的情况。这也给整个风电系统运行的安全性以及可靠性等造成很大影响，所以要更多地调整保护装置，从而为系统运行可靠性的有效提升奠定基础。

4 结束语

综上所述，大力开发使用清洁型能源，是我国有效应对能源危机的重要举措。而风能作为一种可再生的绿色清洁能源，具有经济效益高且环保效益好等优势，在我国的电力领域得到了广泛推广以及应用。但是在实践中，将风电接入到电力系统中，不仅对电网本身，还会对电能质量以及电压稳定性等造成很大影响。为尽可能地降低这种影响，相关企业应该采取有效措施，提高电能质量以及电压稳定性，从而在改善风力发电性能的同时，实现整个电力系统的安全稳定运行。

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