风力发电对电网的影响研究

【摘 要】近年来，为进一步缓解能源紧缺和环境污染等严峻形势，可再生能源得到摘要：近年来，为进一步缓解能源紧缺和环境污染等严峻形势，可再生能源得到了大力研究，其中风能发电发展最为快速。其虽然是发展清洁新能源产业的必然趋势，但因需要并网运行而对电网带来一定的影响，故必须予以综合考虑和科学规划。对此，本文从风力发电对电网的影响分析出发，就如何加以控制进行了探讨，希望有助于改善现状。

【关键词】风力发电；电网；接入系统

由于风能储量丰富、清洁经济、便于开发，且不仅可以用于发电，也可彰显良好的环保效益，加之成本不断降低，所以风力发电技术日趋成熟。就运行现状来看虽然整体势态良好，但因涉及到并网发电，使得电网系统受到一定的干扰，影响了电网的正常运行。因此我们有必要了解风力发电对电网的影响，研究有效的应对措施，维护电网系统的安全运行。

1 风力发电对电网的影响分析

伴随着能源危机的爆发，风能作为一种重要的可再生资源，得到了高度重视和快速发展，其中在发电领域的应用最为突出，而这与其诸多优势密切相关，如风能分布广泛、清洁无污染、无需运输、便于开发、产品质量高、发电成本低等等，这无疑为风力发电提供了可靠支持和保障，为缓解供电形势作出了一定贡献，这一点不容置疑，但与此同时，也对电网安全、电能质量、电网调度等构成了威胁，主要体现为：

1.1 威胁电网安全

由于风电机组与电网末端连接时配电网功率流动的单向性会发生改变，并带动潮流分布和流向的变化，而这一点在最初规划和设计电网系统时并未考虑到，所以位于风电场周围的电网电网会受此影响而超出安全标准，甚至引发电压崩溃；同时电网中因注入了大量的风力发电电量，致使电网频率和暂态稳定性受到干扰，而且短路电流的出现还易损坏部分变电站母线、开关等装置设备，故风力发电可在一定程度上威胁电网安全。

1.2 干扰电网调度

许多风能较为丰富的区域有着人口稀少、结构薄弱、负荷量小等特点，加之电网潮流的变化，致使电网中的部分节点电压异常；而且风能具有不可控性，因此风速在很大程度上决定着所发电量和发电状态，即风速的间歇性和不稳定性决定了风力发电机组的间歇性和波动性，而且风电场在并网后就如同可反调节的随机扰动源，故在电网侧需要足够的备用电源以及调峰容量。简而言之，风力发电的不稳定性加大了电网调度难度。

1.3 影响电能质量

风力发电也会影响电能质量，这是因为风电机组具有波动性的输出功率会在湍流、塔影、尾流等多重效应的作用下出现电压偏差、谐波、闪变、波动等降低电能质量的不良现象。而异步电动机由于缺少独立的励磁设备，且伴有5-6倍额定电流的冲击电流，会显著降低电压值。此外，电力电子设备的大量使用会衍生相应的谐波和间谐波，从而导致电压畸变，影响电能质量。

2 风力发电对电网影响的控制措施

由上可知，风力发电虽优势显著，但其对电网的影响也不容忽视，这就要求我们立足实际，制定合理可行的办法加以改善或解决，以此推动清洁能源和电力事业健康发展。具体可参考下述几点建议：

2.1 切实优化风电场规划

要想进一步降低风力发电对电网的影响，需要以合理的规划为基础保障，其中规模大小尤为关键，而风电的极限穿透功率以及短路容量比常常用于分析评价电网规模。具体而言，风电穿透功率是指在正常运行状态下，电网可承受风电装机容量的最大值，一般情况下，10%较为可取，但要求综合考虑风电场发电设备、运行特性、接入网络结构等诸多因素；而短路容量比则是指电力系统与风电场连接公共点短路容量之间的比值，该值越小，说明越能抵抗风电扰动，3.3-5%是经验数据，可是也需要视情况而定，因为若考虑不周，设计不当，风电场的规模会受到约束。

2.2 增强风电场动态特性

增强风电场自身的动态特性也不失为一种降低其对电网影响的有效措施，常见的方法包括：选用先进的风电机型，应具有一定的低电压穿越能力，功率因数在线可调；进行动态无功补偿，以期使系统的动态特性得到改善；适当提升功率因数，用于风电场运行条件的优化；电网保留一定的吴工备用容量，以保证正常运行方式下，突然失电时能保持电压稳定；配备故障快速处理系统，即在故障出现后，切除一定数量的风电机组，以抑制无功功率的吸收，从而快速恢复电压，维护系统安全运行。此外还有一些措施利于增强系统的抗干扰能力，如将PSS附加在励磁机上，将功率震荡阻尼回路设置在FACTS系统中，增设合适的串并联补偿装置等，以此实现功角稳定性的改善。

2.3 重视电压稳定性控制

考虑到电网电压稳定与否与电能质量、系统运行水平等关系密切，因此我们在降低风力发电对电网的影响的时候，应重视电压稳定性的控制。当下可采取下述几种措施，如配备可综合调节无功有功功率的SMES装置，这是因为其响应快、转化率高、灵活性好的特点既可以对有功和无功进行单独调节，也可同时进行综合控制，故能够有效降低输出功率的波动性，并稳定电压。再如在风电场母线上安装SVG型动态无功补偿装置，然后根据接入点位置的电压偏差调节无功功率的补偿值，以便稳定节点电压，降低其波动性，相对而言，该项措施在改善电能质量和系统稳定性方面效果显著。

2.4 注重电压质量的改善

努力提升电压质量和水平是降低风力发电对电网影响的另一重要手段，具体可从三点着手：一是并网方式的优化，如基于双向晶闸管对软启动并网装置进行控制，以此弱化冲击电流，将其控制在1.2～1.5倍的额定电流内，以期获取相对平滑的并网。二是电网结构的改善，鉴于X/R比和短路容量比在风电机组电压闪变和波动中影响较大，故结合实际情况选择合适的比值可有效降低不良影响。三是借助可靠的装置进一步抑制电压闪变与波动，除了上述提及的动态无功补偿装置外，还可选用DVR（动态电压恢复器）、APF（有源滤波器）、UPFE（电能质量控制器）等补偿装置。

在配置并整定配电网保护系统的过程中，适当考虑故障电流、频率控制、电网与风电场的功率流向等事项，并采取低压保护、孤岛保护等措施，提升电网系统的电压等级，如将高压输电转化为超高压输电，架设新的输电线路，安装合适的自动控制设备，可在一定程度上降低风力发电分配与传输过程对电能质量的干扰。

3 结束语

综上所述，风能这一清洁、安全、环保能源，拥有广阔的发展前景，可以说在以后的电力能源市场中是一项持久而重要的研究课题。因此我们在不断创新风力发电技术的同时，更应将其对电网的影响和干扰纳入考虑范围，并采取行之有效的措施予以整改和解决，以此最大限度的降低弊端，提高效益，从而更好的服务于社会经济发展。

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作者简介：

吕珊（1982.12-），女，汉族，祖籍浙江丽水。2004年毕业于华北电力大学，电气工程及其自动化专业。2004年就职于华东勘测设计研究院，电气工程师，主要从事风力发电工程发输变电的研究。