风力发电对电力系统的影响

摘 要：风力发电是未来能源电力发展的重要趋势，不过风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力，还面临诸多考研，风力发电对电力系统的影响便是其中之一。文章通过阐述我国风力发电现状、发展风力发电的意义，分析风力发电对电力系统的影响（对电能质量的影响、对稳定性的影响及对保护装置的影响），对应对风力发电对电力系统影响的措施展开探讨，旨在为如何促进电力事业的有序健康发展研究适用提供一些思路。

关键词：风力发电；电力系统；影响；措施

0.引言

风力资源在可再生能源利用中占据着十分重要的地位。伴随着风力发电技术的不断成熟、完善，商业化应用逐步提升，是近年来极具开发利用前景的一种可再生资源。就经济性角度而言，风力发电成本不断降低，并且常规能源发电受环保要求越来越严苛影响，致使成本逐步升高；而且伴随技术的进步，风力发电的成本势必越来越低。不过，我国风力发电发展起步较晚，电力系统所仍旧面临着风力发电所带来的一系列影响。研究电力系统所受风力发电的影响对促进电力事业的有序健康发展有着十分重要的现实意义。

1.我国风力发电现状

二十世纪80年代，我国着手对风力可再生能源展开开发利用，受那时期资金、技术等方面有限影响，使得开发利用效果并不尽如人意。发展至90年代中期，国内风电装机总额仅实现3.8万kw。进入二十一世纪，全球各国共同面临着严峻的能源危机问题，发展绿色经济被提升至国家战略发展层面，强化可再生绿色能源开发利用已然为世界各国所重视，在我国同样获取了政府部门、社会各界的热点关注。近些年来，我国对加大可再生能源发展目标予以了明确，同时从法规政策颁布实施、投资扶持力度加大等方面开展了切实行动，风电等一系列可再生能源的开发力度利用水平得到了显著提升。2014年，我国风电发展脚步稳步向前迈进，风电装机总额屡创新高。据不完全统计，全面新增安装风电机组13121台，累积安装风电机组76241台[1]。

2.发展风力发电的意义

伴随着社会经济的发展，社会发展对能源用量的需求逐步攀升，我国作为一个煤炭生产、消费大国，势必会一定程度加大对生态环境的污染，因此强化可再生能源开发利用，促进对生态环境的保护尤为关键。自二十世纪70年代石油能源危机以来，研发新能源发电技术越来越得到世界各国的关注与重视，尤其以风力发电最为引人注目，其有着一系列的发展意义：①风力资源是一种可再生无污染的能源；②风力发电技术日益成熟、完善，单机容量越来越高，产品质量显著提升，具备可观的可发前景；③风力发电能够促进获取良好的经济效益、社会效益[3]。

3.风力发电对电力系统的影响

3.1对电能质量的影响

风力的未知性及风电机组的运行特性造成了风电机组输出功率的波动性，进而对电能质量产生一定的影响，就好比电压波动闪变、电压偏差以及谐波等。风电发电对电能质量所构成的不利影响亦电压波动闪变为主要表现之一，电压波动可造成照明灯光不稳定、电动机转速不均匀以及计算机、电子设备无法有序运行等危害。导致风力发电引发电压波动闪变的因素存在很多：伴随风速提升，风电机组引发的电压波动闪变亦会逐步增大；并网风电机组于停止、启动及放电机切换期间也会引发电压波动闪变。

3.2对稳定性的影响

一般情况下，风力发电会与电网末端相连接，会使得配电网电吕单向流动特征发生转变，进而使潮流流向、分布形成转变，这于原本电网规划、设计期间未有很好的考虑到。所以，伴随风电注入功率的提升，风电场周围电网电压、联络线功率势必会逾越安全界限，甚至引发电压崩溃。此外，伴随风电场的进一步扩建，风电场在电力系统中占据的份额会越来越高，风电输出不稳定所对电网功率的影响亦会逐步提升。

3.3对保护装置的影响

要想减轻接触器所受风电机组反复投切导致的损害，于有风过程中风电机组均应持续与电网相连，只要风速于起动风速附近转变时，许可风电机组一定时间电动机作业，风电场与电网相互联络线功率流向有时为双向的。因此，风电场继电保护设备需要考虑到不同的运行方式。异步发电机一旦出现近距离三相短路故障，便无输出不断的故障电流，出现不对称故障期间输出的短路电流同样极为有限。所以，风电场保护对应技术难点在于怎么结合不充足的故障电流对故障引发开展检查，以确保保护装置有序运行。此外，即便风力发电输出的故障电流极为有限，不过依旧存在对保护装置有序运行构成影响的可能，显然这在早期保护配置、整定过程中未有考虑到。

4.应对风力发电对电力系统影响的措施

要减轻电力系统所受风力发电的影响，进一步促进我国电力事业的有序健康发展可以从以下相关措施展开：

4.1改善电能质量措施

（1）实现电网结构的优化调整。依据联结电源、负荷点的电网形状，可划分成星形、环形，将两种电网形状有效结合，大负荷周围或数个大负荷点组合周围选取环形，另外情况选取则选取星形[3]。依据相同电网周波频率一致与否，划分成同步电网、异步电网。交流同步电网方面全部发电机均通过同一周波同步运行；异步电网则经由直流线路、换流站，两侧逐一通过不一致周波运行。

（2）选取双向晶管装置，尽可能缩减电网所受风电场并网的冲击。等到风力涡轮发电机实现同步转速，发电机经由双向晶管装置朝电力系统并入，双向可控硅导通角反馈经由电流调节，双向晶管触发角由180°至0°有序展开，缩减冲击电流，应用该种启动手段，有效实现对额定电流的限制，进而减轻电网所受的冲击[4]。

4.2改善稳定性的措施

针对风速极快转变时所引发的电力波动，应当引入多组电容器，作用于有效控制无功功率补偿的转变。就算是风速转变极大，造成相对大的电压波动，多组电容器亦能够对其展开控制，确保其处于一个较为稳定的状态，进而改善电力系统稳定性。

4.3优化保护装置

就风电保护装置配置、整定而言，现阶段较常采取的手段是依据终端变电站的计划开展配置、整定。通常是利用配电网的保护来对网络故障进行规避，紧接着再通过低电压保护、孤岛保护等对策来对风电机组进行一一切除，进一步于故障过程中使风电场与系统连接相互断开，等到故障全面切除后，调节风电场自动重新并网。不过就后续存在大规模风电场接入配电网的状况，该种措施会一定程度削弱电力系统的可靠性[5]。鉴于此，有必要对优化电力系统保护装置相关问题展开进一步深入研究。

5.结束语

总而言之，风力发电作为一项十分复杂的系统工程，犹如一把“双刃剑”，相关人员务必要不断钻研研究、总结经验，清楚认识我国风力发电现状、发展风力发电的意义，全面分析风力发电对电力系统的影响，自“改善电能质量措施”、“改善稳定性的措施”、“优化保护装置”等方面着手，积极促进我国电力事业的有序健康发展。

参考文献

[1]宋卓彦，王锡凡，滕予非，等. 变速恒频风力发电机组控制技术综述[J].电力系统自动化，2010，34（10）：8-17.

[2]Lei Y Z，Mullane A，Lightbody G，et al.Modeling of the wind turbine with a doubly fed induction generator for grid integration studies[J].IEEE Trans on Energy Convesrion，2006，21（1）：257-264.

[3]Lalor G，Mullane A，O’Malley M.Frequency control and wind turbine technologies[J].IEEE Transactions on Power Systems，2005，20（4）：1905-1913.

[4]李建军.风力发电对电力系统的影响及解决方案[J].河北企业，2014，（9）：81-82.

[5]薛禹胜，雷兴，薛峰，等. 关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J].中国电机工程学报，2014，（29）：5029-5040.