試論大規模風電并入電網對電力系統的影響

程藝博

摘要：針對我國風力資源較為豐富的地區，通過將適量風電接入電網末端可在一定程度上補充當地電網。但與此同時也需考慮大規模風電并入電網時風力機輸出功率隨風速變化等相關特征對電力系統的影響。

關鍵詞：電網;風力資源;風電并網;電力系統

大規模風電并入電網會在一定程度上影響電力系統的穩定性，風力的隨機性與間歇性會引起電壓波動及電壓偏差，與此同時為降低這種不良影響，在頻率控制及相關流程上的經濟成本也會增加。對此，需在保證電能質量的前提上優化風電并網方案，降低風電場對電力系統的不良影響。

1大規模風電并入電網對電力系統的影響

1.1風速隨機性影響電網穩定性

一般情況下我國適合開發大規模風力發電地區大多遠離負荷中心，適量的風電接入可較好可有效補充電網，而現實情況是，我國在電網規劃與風電規劃協調發展上還有待改進，并且風電還有一個特征就是風速具有隨機性與間歇性，并且這種特征會影響風力發電機的輸出功率，對電能質量會產生影響，如引起電壓波動等等。

1.2帶來諧波

電壓波形在電力系統中基本上以奇次諧波為主，幾乎不存在偶次諧波，奇次諧波可通過變壓器進行隔離或濾波裝置進行處理，而頻率較高的高次諧波一般在傳輸過程中便漸漸衰竭。高次諧波干擾是影響電能質量的一大“公害”，在風電并網過程中，風力發電機自帶的電子裝置及并聯補償電容器可能會增加諧波對電力系統的影響，如并聯補償器與線路電抗發生諧振等情況。

1.3對電網潮流與電網調度的影響

風功率波動變化會加重電網無功調節方面的負擔，并加重局部電網方面的高電壓問題。與此同時，對于風電主要分布在電網西部的地區而言，大規模風電會在常規電網潮流上由西向東迭加傳送，對于接近穩定極限的電網運行無疑是一種巨大的壓力，尤其是在送電高峰期，這種影響會更為突出，會引起輸電阻塞。除此之外，當風功率掌控的難度也會蔓延到電網調度上。電網調度需要對電源出力及負荷有較為明確的了解，但在風功率的波動變化以及風力的不可預測性會導致在風電場的出力預測及追蹤上則有一定難度，因而也會影響到電力調度，不利于電力系統動態穩定性的維持。

2大容量風電并入電網優化方案

電網接納風電容量的影響因素較為復雜，相對于傳統火電廠輸出較為穩定可控，風電出力可控性及可調度性較差，電網結構、負荷水平及網內常規機組最低出力等因素都會影響風電場接入容量。與此同時，聯絡線輸送能力及系統備用容量制約等因素也會影響風電接入容量，可根據上述因素控制風電接入容量以此來優化大容量風電并入電網方案。

2.1優化風機設備選型策略

在選擇風力發電機設備時，需要更具當地電網及風力環境等各方面因素。部分地區電網架構較為薄弱，如接入大容量風電，而風機設備運行特性又難以滿足需求時則會影響電力系統性穩定性。目前，市場上常見的風力發電機包括恒速恒頻于變速恒頻兩種，前者具有結構簡單且成本低的特性，同時運行可靠性也相對較高，在我國早期風電場運行中較為常見，后者則在有功與無功解耦控制上應用效果較好。在風電并網時，風力發電廠運行會從電網處吸收無功功率，并且所吸收的無功功率會隨著風電場出力的增加而增加，而變速恒頻型風力發電機的運行特性可較好的起到無功補償的作用，并能更好捕獲風能，但不足之處在于變速恒頻型風力發電機的變流器會向電網注入諧波從而影響電能質量，此外相對于恒速恒頻風力發電機其成本也相對較高。對此，可根據具體情況進行選擇，最大程度內降低風力發電對電網的影響。

2.2風電場與抽水蓄能電站聯合

對于風電場出力的隨機性，可通過抽水蓄能電站進行調節。抽水蓄電站可通過發電與抽水的方式進行調相。在風電場出力較大與系統負荷偏低的情況下，就可以通過抽水蓄電站將多余的相關電能積蓄，而風電場出力較小系統負荷較大時則可通過抽水蓄能電站發電加以補充，從而起到局域調峰填谷的雙重作用。抽水蓄能電站簡單來說就是一種能量轉換及存儲的設施，通過風電場與抽水蓄能電站的聯合使用，不僅可較好地解決風電產出力隨機性的問題，相對于抽水蓄能電站的資金投入，抽水蓄能電站的應用可降低電壓調節及頻率控制等方面的費用，從而降低電網企業成本，其開停較為靈活，也可以較為迅速的投入運行。由此，抽水蓄能電站在技術可行性較高的同時也是是具有一定的經濟可行性的。

2.3優化風電大規模接入規劃

面對能源危機，風電并網幾乎是勢在必行，對此，相關人員徐提前做好風電大規模并入電網的規劃，在新能源電源點布局及風電并網的影響上進行分析優化電網結構。在此過程中需要考慮到大規模風電并入電網對電網潮流、電壓穩定性及電力調度的影響，制定解決方案。例如在配電網保護配置上，還需考慮風電機組頻繁投切對接觸器的損害，優化風電場繼電保護裝置配置，確保配電網絡保護裝置正常運行。

結語

在考慮大規模風電并入電網對電力系統的影響時，首先要注意到風的隨機性及波動性，其不僅會影響電力系統的穩定性，也會影響電力調度。而從我國乃至全國能源利用現狀而言，大規模風電并入電網是難以避免的。對此，應當盡早做好規劃，在電網結構、電網設備及風電場設備上加以優化，從而可實現風電場利用價值最大化，并降低風電場輸出功率間歇性與波動性對電能質量的影響。

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