风电并网对电力系统的影响探讨

韩向明 王利军

摘 要 随着科学技术的不断成熟和国家对能源需求的不断增加，我国风力发电快速发展。但是风力发电厂在提供大量的能源的同时，风电并网带来的隐患也逐渐明显。对此，本文先就风力发电并网运行的特点做简要介绍，在此基础上，针对风电并网对电力系统的影响及治理做一些阐述，希望对大家有所帮助。

关键词 风电并网；电力系统；影响

引言

风能是新能源的一种，由于风速和风向是随机变化的，所以风电厂输出的电量也是随机的。因为风能独特的特点使得风电厂的容量可信度降低，也会给电网在有功无功的调度方面造成很大的困扰。如果遇到特大风或者特别恶劣的天气环境时，为了保护风电机组整体设备不受损害，风机自动停机或工作人员进行切机。因此，这些情况对风电并网稳定性都会带来很大的危害。

1 风力发电运行的特点

随着大型风电场接入电网实际运行，并入电网的风电容量急剧增加，大型风电场已然成为电力系统电源的重要组成部分。风力发电与常规能源发电有所不同，现代大型风电场发电具有以下几方面特点：①无污染，可再生，投产快，运行管理自动化程度高；②大型風电场多建于风能充足的“三北”地区，远离沿海负荷中心，具有大规模、集中化及远距离的特点；③风电出力无规律且大小变化快，具有很强的随机性与间歇性，波动幅度大，波动频率无规律，部分时段与电网负荷呈现明显的反调节特性；④异步风力发电机组的大量使用，会导致实际运行过程中风电机组发出的有功功率大量吸收电网的无功功率，造成机端电压波动大；⑤风电功率的调节能力较差，若不采用弃风运行方式，只能进行有限的功率调节，而由于机组的运行特性和风能的不确定性，风力发电不具备常规火电机组的功率调节能力[1]。

2 风电并网对电力系统的影响

2.1 电压偏差问题

在风力发电并网的过程中，虽然通过并联电容器补偿来调节电压，但是由于电容器投切过程中，存在调节不平滑的问题，也就是说，电力系统的负荷和发电机组的出力都是在不断发生变化的，电网的结构也随着运行的方式变化而变化，这就引起了电力系统运行功率不平衡，同时，这种调节是阶梯性变化的，无法实现最佳的补偿。这也就导致了无功功率的波动，从而最终引起电压的偏差问题，影响电网的稳定运行。

2.2 电压波动问题

风电机在运行的过程中，风速的随机变化引起了风电机的输出功率的波动，其有功无功电流随之变化，风电机产生的电压波动也会增大，对电网的影响也相应扩大，另外，风电机组的特性也造成风电机组的输出功率波动，比如当在恒定的风速条件下，变速机组以及恒速机组对于风况的反应情况是不同的，风电机组的启机和停机以及切换的过程中对于其机组的总输出都是有一定影响的。同时，还有一些其他因素，比如搭影效应、风剪切、偏航误差和风剪切等，也会对电压的波动产生一些影响，而且在机组切换等操作过程中，也会出现电压波动。

2.3 三相电压不平衡问题

在不平衡的风电电网电压的影响下，其发电机的内部定子和转子的电流、电压的波形都已经发生了明显的变化，其机端的电压以及电流也发生了一定的变化，并且随着电网的电压不平衡程度的不断增加，其输出特性的波形波动的程度也在不断增加，另外，对着其不平衡度的增加，风机的输出无功功率以及有功功率、定子侧部分的有功功率以及无功功率的脉动幅度值也在不断升高，因此这些原因对电网的电能质量造成了很大的影响。

2.4 风电对电力系统谐波电压的影响

电网电压信号都是正弦波，并且电流信号也是同频率线性的。但是当与非线性元件一起使用时，元件就会出现非线性的电压和电流属于电压电流畸变，这些发生畸变的电压和电流通过并网被送到电力系统时就会对电网产生很大影响，导致谐波含量增多，电网质量下降，所以必须采取必要措施以免对电力系统中其他电子元件造成危害，影响电力系统的安全运行[2]。

3 风电并网对电力系统影响的治理

一般来说，风电场输送电能的输送距离极长，在满出力的情况下，其自身的无功补偿系统不能够满足所需的无功，所以其受风速影响较大，从而对整个电网的电能质量都产生了较大的影响，单纯地靠投切电容器已经不能够满足无功需求，所以还需要在风电场的并网点处增加动态无功补偿装置来减小影响，提高电网的稳定性，从而实现电能质量的治理。

现阶段风电场采用的无功补偿装置主要可以分为动态补偿装置和静态补偿装置两种，这两种各具优点，适用于不同的情况。前者具有稳定的容量，适用于系统正常运行时的无功功率的补偿，比如变压器的运行损耗，就可以通过在异步机的端口处并联电容器来解决。后者的容量变化较大，一般用来补偿风速扰动或者发生故障时所吸收的无功功率。

在运行过程中，异步机自身是不能够进行无功调节的，并且在发出有功功率时还要吸收无功功率来进行励磁。如果这个过程中发生了故障，那么需要吸收的无功功率就会更多。若发生故障或者扰动，则从系统吸收的无功功率更多。所以这就要求风电场自身具有一定的无功调节能力，也就是说，需要在风电场的并网点加装动态无功补偿装置，从而对风电场变化的无功功率进行补偿，这一装置必须足够敏感，能够监测到风电场无功需求的变化；必须能够实现快速的调节和平滑的过渡。从而在电场内部实现无功功率的平衡，保证电网电能的质量。

改善电网低电压穿越能力主要有两种方法，分别是改善控制方法与增加硬件电路。改善控制方法只能降低电网故障时的过剩电压与电流，但是根据能量守恒定律这样无法使过剩的电压电流消耗掉，只能使之相对平衡。但是通过增加硬件电路就可从根本上解决了电网故障时的过剩电压与电流问题[3]。

4 结束语

风电在我国已经得到广泛应用，但风电并网稳定性问题还存在问题，本文研究了风电并网对电力系统的影响并提出相应的治理措施，为以后的研究奠定了基础。

参考文献

[1] 申健，张亮，王跃东，等.风电场并网对系统稳定性影响一种分析方法的探讨[J].大众用电，2017，（S1）：30-33.

[2] 祁永福，戴扬宇，陈煌.风电并网对海南电网系统稳态影响的研究[J].机电工程技术，2017，46（12）：134-139.

[3] 聂永辉，王中杰，李江，等.大规模风电并网电力系统优化潮流[J].太阳能学报，2017，38（11）：3180-3187.