風電并網對電力系統穩定性的影響

尹剛志 王晨光 孟繁榮

【摘要】風電作為一種重要的新能源，若能實現大規模利用對于解決當前全球性的能源危機有著重要意義。風電本身的波動性和間隙性給風電并網帶來了很大的難度，本文將深入探究風電并網對電力系統的影響，旨在為同行進一步解決風電的合理并網問題提供一個有益的參考。

【關鍵詞】風電并網;風電特性;電力系統穩定性

引言

保證電力系統的穩定性是電能生產、運輸和利用的基本要求。風電作為一種新型能源，可控性較差，其本身的很多特性具有高度的隨機性，因此，風電的大規模并網會對電力系統的安全運行產生很大的影響[1]，風電并網已經成為制約風電發展的重要因素。

1.風電特性

風電特性是研究風電并網的基礎。風電特性主要包括波動性和間歇性。波動性，又稱脈動性，是指風電功率在時間尺度上具有沿某條均線不斷上下跳變的特性，其特性可以通過波動幅值和波動頻率表征。間歇性是指風電功率在時間尺度上具有不連續性。風電的這兩個特性具有高度的隨機性，從而是風電的可控性較差。風電功率的這些特性是由風力本身決定的，如風速，風向等。

2.風電并網對電力系統的影響

風電并網會使風電場對電力系統的安全穩定運行產生很大的影響。本文認為其主要影響包括以下幾個方面：

（1）對電壓穩定的影響

由于風電功率具有波動性和間歇性，進而會導致電壓出現波動和閃變。文獻[2]詳細研究了風電功率的間歇性對電力系統電壓穩定性的影響，指出保證電壓穩定性的關鍵問題是對風力發電機組的速度增量進行有效控制，對電壓穩定性影響最大的區域分布在風電場及其附近的節點區域。

（2）對頻率穩定的影響

風電的發電功率不穩定，具有間歇性和波動性，從而使其發電量也不穩定，輸出功率不是恒定值。風速發生變化時其輸出有功功率就會波動，進而導致電網內的有功也發生變化，有功會影響電網的頻率。如果一個地區的風電所占份額過大，某一時刻有功頻率變動過大將會導致頻率崩潰，甚至會使得整個電網癱瘓。

（3）對電力系統暫態穩定性的影響

風電并網對電力系統暫態穩定性的影響與風機和電網的運行方式以及電網的拓撲結構等因素都相關。文獻[3]采用EEAC理論，對FSIG，DFIG對電力系統暫態穩定性的影響開展了較為深入的研究。研究結果表明，大規模的風電并網會改變電力系統的潮流分布，電力系統的暫態特性確實發生了變化，可能會降低系統的暫態穩定性，也可能會對電力系統穩定性有所改善。風電接入的電壓等級越高，風電的滲透率越大，其對電力系統暫態穩定性的影響就越明顯。

（4）對電力系統充裕性的影響

電力系統充裕性是指電力系統在穩定運行時，系統元件額定容量、母線電壓和系統頻率都應維持在允許范圍內，滿足用戶需求功率和電量的能力。由于風電具有間隙性和波動性等隨機性特征，因此在其出力水平的預測上也帶了難度。傳統的充裕性評估方法需要進一步改善才能滿足需要。文獻[4]研究了季節性風速變化對電力系統發電和輸電充裕性影響。

3.結束語

風電作為一種新型能源雖然在一定程度上解決了能源枯竭的問題，但風電并網依然有很多技術難題需要公關，對電力系統的規劃和穩定運行提出了新的要求。

參考文獻

[1]石一輝，張毅威，閔勇，等.并網運行風電場有功功率控制研究綜述[J].中國電力，2010，43（6）：10-14.

[2]Maser I S，Garba A，Anaya-Lara O，et al.Voltage stability of transmission network with different penetration levels of wind generation.45th International Universities Power Engineering Conference，August 31-September 3，2010，Cardiff;U.K.：1-5.

[3]Yu Chen，Xue Yusheng，James G，et al.Impacts of large scale wind power on power system transient stability.Fourth International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies，July 6-9，2011，Weihai，China：1-7.

[4]GAO Y，Billinton R，Karki R.Composite generation and transmission system adequacy assessment considering wind energy seasonal characteristics.IEEE Power&Energy Society General Meeting，July 26-30，2009，Calgary，Canada：1-7.