風電場并網對電力系統的影響

尹劍峰

（湖北龍源新能源有限公司，湖北 武漢 430077）

風電場并網對電力系統的影響

尹劍峰

（湖北龍源新能源有限公司，湖北 武漢 430077）

在科技技術飛速發展的時代背景下，大力開發和利用新能源，不僅是電力工業發展的未來趨勢，同時也是應對能源緊缺問題的有效措施。隨著風電場并網規模的不斷擴大，對電力系統的電能質量以及安全穩定運行等方面也產生了一定影響，并嚴重削弱了傳統電源對電網運行的調控能力。為了有效緩解風電場并網帶來的不利影響，相關企業應該加大對風電場并網對電力系統影響的研究力度，并采取有效措施，促進風力發電事業的健康發展。

風力發電；電力系統；風電場并網；影響；措施

科技技術的進步，使得各行各業對于能源的需求量也在逐年增加，與之相對應的是一些傳統能源，比如煤炭、天然氣以及石油等能源的儲量也在不斷減少。開發和利用可再生以及清潔型能源就勢在必行，這也在無形中促使風力發電技術趨向成熟。但是由風電場并網帶來一系列問題，也成為關注的重點。據此，應該將風電場并網對電力系統的影響作為研究重點，采取有效措施去應對和解決由風電場并網帶來的不利影響，進而為我國經濟的穩定增長提供技術支撐。

1 當前風力發電的現狀及特點

為應對能源危機，我國的風力發電技術也趨向成熟，并在實際應用中取得了驕人成就。有數據顯示，截止到2010年底，我國風電累計并網裝機已達三千多萬千瓦，且裝機規模也處于世界先列，全年發電量超過了五百億千瓦時。其中我國的風力發電建設呈現以下特點：①為滿足供電需求，單個風電場裝機容量也在不斷增加；②風電場接入電網的電壓等級也在不斷提高；③由于風電總裝機容量的快速增長，使得風力發電在電力系統中的比例也在加大。風能是近年來廣受關注的清潔型能源之一，其隨機性較大、間歇性較強且不具備穩定性。因此如果在整個電力系統中風電裝機容量所占比重不斷增加，那么對于電網本身的安全性以及穩定性也會造成一定沖擊，由此可見，風電場并網對電力系統的影響是不容小覷的。

2 風電場并網對電力系統的影響

2.1 風電場并網會對電網電壓造成影響

風力發電的質量與風速大小以及風向密切相關，而風速大小和風向卻又是不可預測的變量，這就導致整個風力發電過程具有很大的不確定性。與此同時，受風力資源分布的限制，通常會將風電場設置在電網末端，其網絡結構也較為薄弱，使得風電場在并網運行時，勢必會對電網電壓質量造成一定影響，而這種影響也會隨著發電廠規模的擴大而增加。另外由于當前的風力發電機大多采用的是感應發電機，且發電機的運行需要無功支持，所以并網運行的風力發電機對于電網而言是一個無功負荷。通常情況下，每臺風力發電機都會配有相應的無功補償裝置，比如分組投切電容器等，用以滿足風力發電廠的無功需求，且它最大無功補償量應該依據異步發電機在額定功率時的功率因數而定。

2.2 風電場并網會對電能質量造成影響

風力發電所產生的電能具有間歇性以及波動性等特征，且整個發電過程勢必會影響到電網本身的電能質量，并由此產生的一系列問題，也制約著風力發電事業的健康發展，比如電壓閃變、諧波、電壓波動以及電壓偏差等。目前，電能質量除了會受到來自電壓波動以及電壓閃變帶來的不利影響之外，還會受到諧波影響。其中風電場并網給電網帶來的諧波主要來自于以下兩方面：①由風力發電機的無功補償裝置帶來的諧波，并聯電容器可能會與線路電抗發生諧振，進而產生諧波；②風力發電機自身電力電子裝置帶來的諧波，并聯電容與電抗元件發生諧振會放大諧波效應。

2.3 風電場并網會對電網穩定性造成影響

由于風力發電系統常被設置在電網末端，這一方面會改變配電網傳統的單電源分布式結構，另一方面還會改變潮流流向以及分布。與此同時，隨著風電注入功率的增加，風電場附近局部電網電壓越限等問題的發生幾率也會大幅度提升，如不及時有效地進行處理，則會造成更為嚴重的后果，比如電壓崩潰等現象。在過去，由于風電廠容量較小，通常不會將其接入電網，且一旦系統出現問題，只要切除風電機組，基本就可保證電網以及電廠的安全。然而風電場滲透功率的大幅度提升，也讓電網功率在不穩定的風電輸出下受到更大沖擊，進而嚴重影響到電網的穩定性。

2.4 風電場并網會對電網繼電保護造成影響

在風電場并網過程中，由于風電機組的頻繁投切，使得接觸器出現不同程度的損壞，并嚴重影響到接觸器的使用壽命。所以盡可能的減少風力發電組的投切次數就勢在必行。風力發電機在有風時也要始終與電網相連，并且當風速在啟動風速區間上下波動時，可以允許風力發電機短時間內停止運行。這樣就可以改變聯絡線的潮流方向，將這種運行方式運用于繼電保護裝置中，可以取得不錯成效。由此可見，流過風電場以及電網之間的聯絡線功率可能是雙向的。另外，風電場一般會從電網末端接入配電網，且配電網采用的大多為三段式電流保護，所以一旦系統出現故障，盡管風力發電提供的短路電流很少，也會對配網保護裝置的正確運行造成影響。

3 降低風電場并網對電力系統不利影響的措施

3.1 提高電壓穩定性的措施

為進一步減少風電場并網給電壓穩定性帶來的負面影響，可以采取以下措施：①運用儲能裝置。超導儲能裝置是一種既可以適當調節有功無功的功率，同時又能獨立控制有功或者無功情況的儲能裝置。超能儲能裝置憑借其優越的靈活性，可以在降低風電場輸出功率波動情況的前提下，達到穩定整個電場電壓的目的；②采取無功補償技術。當風電系統出現故障時，想要保證其穩定性，可以通過增加電容器的補償容量來實現。在風電場出口安裝動態無功調節裝置，可以對無功補償功率的大小進行快速調節，并提供動態的電壓支撐，以此來為系統的穩定運行提供保障。

3.2 提高電能質量的措施

在風電場并網過程中，出現電壓波動以及閃變的主要原因，是受到了并網風電場的公共連接點短路比（SCR）以及電網線路電抗/電阻比（X/R）影響。其中，SCR的值與發生電壓波動以及閃變的幾率成反比，SCR的值越小，則越有可能發生電壓波動以及閃變現象；除此之外，當電網線路的X/R比值處于合理區間內，則由無功率引起的電壓波動就可以很好地補償有功率引起的電壓波動，進而使平均閃變值得以減輕。由此可見，確保電容器組設置的科學合理，可以在抑制電壓偏差以及電壓變動的基礎上，改善電能質量。

3.3 調整保護裝置的措施

將風電場接入電力系統，應該對其帶來的故障電流引起重視，以此來為配電網的保護以及重新調整提供便利。與此同時，在整定和配置風電場保護裝置時，還應該對風電場以及電網之間聯絡線的功率流向進行考慮。其中，對于風電廠保護裝置的整定以及配置，可以將終端變電站的方案作為參考依據。借助配電網的保護來對系統故障進行有效切除，利用低電壓保護以及孤島保護等措施，逐一切除風力發電機組，以此來在故障期間斷開系統以及風電場二者的連接；在確認故障被完全清除后，就可以將風電場重新接入電力系統。然而在風力發電技術迅猛發展的帶動下，未來我國會存在大規模風電接入電力系統的情況。這也給整個風電系統運行的安全性以及可靠性等造成很大影響，所以要更多地調整保護裝置，從而為系統運行可靠性的有效提升奠定基礎。

4 結束語

綜上所述，大力開發使用清潔型能源，是我國有效應對能源危機的重要舉措。而風能作為一種可再生的綠色清潔能源，具有經濟效益高且環保效益好等優勢，在我國的電力領域得到了廣泛推廣以及應用。但是在實踐中，將風電接入到電力系統中，不僅對電網本身，還會對電能質量以及電壓穩定性等造成很大影響。為盡可能地降低這種影響，相關企業應該采取有效措施，提高電能質量以及電壓穩定性，從而在改善風力發電性能的同時，實現整個電力系統的安全穩定運行。

[1]孫金龍,田海峰,孫蕾,等.風電場并網對電力系統的影響分析[J].太陽能,2008,(10):30-31,32.

[2]吳俊玲.大型風電場并網運行的若干技術問題研究[D].清華大學,2004.

[3]李海波.淺析我國風電場并網對電力系統的影響[J].東方企業文化,2012,(10):231.

[4]蔣小亮.風電并網對電力系統可靠性和備用影響研究[D].上海交通大學,2011.

[5]徐瓊璟.大型風電場并網對電力系統的影響研究[D].浙江大學, 2011.

[6]潘雄,孫丹,劉延泉,等.基于Kriging代理模型方法的含風電場電力系統暫態穩定不確定性分析[J].中國電機工程學報,2015,35(8):1853-1863.

TM315

A

2096-2789（2016）12-0142-02