風電場并網對電網電能質量的影響

李強軍

（黑龍江龍源新能源發展有限公司，黑龍江 黑河 164300）

1 風電場運行概述

1.1 具體發電流程

在大型風力發電機設備運行過程中，風力通過輪葉持續帶動輪轂進行旋轉運動，持續由風能轉換為機械動能。此外，輪轂裝置借助風力發電機設備內部所配置傳動裝置持續將轉子裝置的機械動能傳輸到發動機轉子，從而消耗機械動能以持續帶動發電機轉子進行轉動作業，最終將機械動能轉換為電能，電能再經由變換器接入電網，供應終端用電設備的運行。

1.2 主要運行特點

第一，并網型風力發電廠規模較大。相較于獨立運行的離網型風電場，接入電網運行的并網型風電場的發電規模普遍較大（由數百臺上下風電機組共同構成），并得到大電網的有力補償以及支持，大幅提高了對風力資源的實際應用率。

第二，自動化程度高。相較于其他發電運行模式，風電場在運行過程中基本實現了無人值守，很難受到除風能（風速、風力）以外各項因素的干擾影響[1]。

第三，電能輸出功率高波動性。由于風電場在運行過程中，各發電機組的實際運行效率、電能輸出功率主要取決與風力大小與風速（風能），因此具有電能輸出功率的高波動性與間歇性特征。且這一問題在風電場并網運行過程中尤為明顯。

2 風電場并網對電網電能質量所造成的具體影響

2.1 造成電網沖擊

目前，我國多數并網型風電場普遍選擇配置異步電機設備，并在風電場運行過程中需要滿足特定要求（如將相序以及電網在同一時間節點中的轉速控制在同步速度）時才能保障入網。但是由于目前我國多數并網型風電場所配置異步電機設備中普遍缺乏配置獨立運行的勵磁結構，且在風電場并網運行準備階段中會出現電壓歸零現象。因此，在風電場并網運行早期階段中會出現電壓穩定過渡階段，并在穩定過渡階段中出現一定電流值的沖擊電流，在適當時間后，電壓逐漸穩定、并長期保持這一穩定狀態。而所產生的沖擊電流也會對電網造成較為微弱的干擾影響。由于并網型風電場具有風力規模較大的運行特征，從而加大了沖擊電流對小容量電網運行質量所造成的影響程度。例如，電網在運行過程中受到沖擊電流的影響干擾，出現電壓驟降、各類電力設備運行穩定性降低等一系列問題。

2.2 影響電網頻率

相較于離網型風電場，由于并網型風電場具有發電規模大的運行特征，因此風電場在并網運行過程中向所接入電網輸出大量電能，從而加大了并網型電網電能輸出功率高波動性運行特征的影響系數（風電場輸出電能功率波動幅度越大、電網頻率受影響系數便越高）。此外，在電網受到風電場電能輸出功率因素影響時，不但會在一定程度上改變電網頻率，也會以此為誘因引發一系列連鎖問題的出現（如電壓降低、部分低壓穿透性較差的機組出現停機問題等），并最終導致整體電網運行穩定性（以及頻率）的下降。而在風能越?。L速越低、風力越?。r，電網頻率以及運行穩定性的受影響系數便會越高。

2.3 電壓波動與閃變影響

由于風電場在運行過程中存在較高的電能輸出功率不穩定性特征，因此在各項風電發電機組運行過程中輸出電能功率出現大幅波動問題時，會產生一系列連鎖反應（機端電壓與并網點電壓受到影響影響出現波動），最終產生閃變現象（由于電網電壓值穩定，因此在風電場輸出功率出現波動問題時，會直接導致機端電壓與并網點電壓出現波動，并在波動程度較大時出現閃變現象）。而電能輸出功率的波動幅度越大，閃變現象的出現征兆也會更為明顯，這也是電網閃變影響問題的主要出現原理。此外，在所配置風力發電機組運行過程中，受到風剪切、塔影效應等多方面因素的干擾影響，也有一定可能出現葉輪轉矩穩定性下降、風力發電機組輸出功率大幅波動的問題，且輸出功率波動幅度會隨著湍流強度的提升而不斷加大。而電網電壓波動現象的主要出現原理為：由于多數風電場普遍存在短路容量小、分布于電網尾端的特征，因此在風電場運行過程中外界影響因素出現大幅變化時（如風速變化、控制系統出現異常運行問題），都會導致風電機組的輸出功率出現程度不一的變化，進而導致電網電壓穩定性下降、產生波動、降低電網電能質量[2]。

2.4 短路電流影響

由于當前我國多數并網型風電場普遍選擇配置異步電機設備，因此在風電場運行過程中，受到電動勢作用影響而向短路點輸送短路電流，使得電網短路電流值有所加大。針對這一問題，需要采取適當措施降低風電場在并網運行過程中對電網短路電流數值的影響系數。

3 降低風電場并網影響系數、改善電網電能質量的有效措施

3.1 應用改善無功補償技術

在當前我國多數風電場中，所配置異步電機設備普遍為感性元件，唯有在設備運行中得到充足的無功支持，才能為電網電能質量以及運行穩定性提供必要保障。此外，需要結合電網實際情況（如接入點電壓數值），選擇適當無功補償量。這一措施的具體內容為：在風電場中構建超導磁儲能系統、配置適當型號的動態無功補償裝置，并結合電網實際情況以調節、制定適當無功補償量，以實現對電網電壓的有效控制。將裝置位于風電場出口處安裝，發揮提高節點電壓穩定性的應用效用。系統則發揮調節功率補償、降低電能輸出功率動態波動系數的應用效用[3]。

3.2 做好風電場發電預測工作

目前，在并網型風電場運行過程中，風能大小（風速與風力大?。⒅苯記Q定風電場電能輸出功率以及電網運行質量。因此，需要采取多項管理措施與預測技術，在風電場運行過程中周期性對后續一定時間階段內的風能大小進行預測，隨后基于預測結果開展風力發電機組調度等工作，提起制定、采取問題預防與解決措施，最大程度規避電網沖擊、電壓波動等問題的出現，并將問題的影響范圍控制在一定程度內，最終降低風能等外界因素對風電場輸出功率以及電網電能質量的影響系數。

3.3 應用輕型直流輸電連接技術

在風電場并網運行過程中，輕型直流輸電連接技術的應用原理為：采用以基于脈沖寬度調制控制方式的電壓源換流器電網連接方式，憑借其較為優異的直流輸電性能，從而控制電源分散影響、提高電網運行穩定性。而通過對輕型直流輸電連接技術的應用，風電場在并網運行過程中可實現從根源上優化解決所出現的輸電走廊運行問題（通過控制電源分散影響以解決問題）。同時，由于該技術也具有一定程度的無功補償自我控制能力，因此也適當降低了短路容量對風電場容量所起的限制作用影響系數，側面實現對電網電能質量以及運行穩定性的優化提升。

4 結 論

在當前時代背景下，為貫徹落實國家戰略發展號召、構建可持續發展社會，需要充分提高對風能這一可再生能源的利用率，提高風電場并網運行穩定性。因此，需要全面分析風電場在并網運行中對電網電能質量造成各項影響問題的主要成因，隨后結合實際情況靈活采取優化措施，最終實現提高電網對風電場并網接納能力、改善電網供電質量的目的。