風電場并網對電網電能質量的影響探析

李文德

摘? 要：在大型風力發電設備運行的過程中，風力會通過葉輪持續帶動輪轂進行旋轉運動，持續由風能轉化為機械動能，然后通過風力發電機將機械動能在轉化成為電能。通過轉換器接入電網，最終實現對于電網的電力輸送。但是在風電場并網后會對電網電能質量帶來一定的影響，需要針對其影響內容進行分析，并且找到最終的影響因素。

關鍵詞：風電場并網;電網;電能;質量;影響

1大型風電場并網運行中重點需要解決的技術問題

1.1輸電系統共振型低頻振蕩風險問題

在單機容量有限的情況下，一般情況下，小型風電場與電網系統并網之后，由于風電場與發電機距離較遠，基本不會出現功率諧振的情況。但是對于直接聯入輸電網絡的大型風電場而言，則很容易出現共振型低頻振蕩風險。導致這一風險發生的主要原因包括：（1）原動力不可控，也就上述提到的風力發電具有不可控的特點，自然風速具有隨機性和不穩定性，風能在導入每一組風力發電機時都可能成為激勵源。（2）相較于常規的發電機組，風電機組在整體結構上具有較高的柔性，使得機械振動問題難以避免，并直接導致風電機組存在輸出功率振蕩的問題。（3）在平均轉矩方面，風電機組的平均轉矩比傳統發電機組的平均轉矩要高出20%以上，尤其是對于大型風電場而言，風電機組還會出現幾十萬千瓦的功率振蕩，嚴重威脅輸電系統的安全性和穩定性。（4）在風電場功率振蕩頻率與電力系統的低頻振蕩頻率一致的情況下，發生共振風險的概率大大提升。

1.2輸電系統抗干擾能力評價與預警問題

隨著科技發展，我國在風力發電技術上取得了顯著成效，但仍然經常發生風電事故，主要是因為風電機組及風電場并網時，缺乏完善的監測指標和制度，大部分風電機組在電能質量、功率、電壓及調節功能等方面并未形成科學的監測系統，加之風電場本身比常規電場的抗干擾能力低，所以在風電場并網運行中的持續性發電受到阻礙。尤其是對于一些大型且抗干擾能力較差的風電場而言，在并網運行時很容易出現反復脫網的問題，不利于保障輸電系統的安全性和穩定性。除此之外，相較于常規電站，風電場具有一定的特殊性，不僅需要大量機組，且目前許多大型風電場并沒有建立起可靠性較高的數學模型，無法對風電場的離線穩定性等參數進行準確計算和分析，在風電機組長時間運行的情況下，會影響輸電系統的穩定性。因此，大型風電場在并網之前應當進行嚴格的測試，并在并網后進行實時、動態地抗干擾能力監測與評價，以此對大型風電場的安全性進行分析，一旦出現異常情況可及時向大型風電場的電網運行人員發出報警信息，使其能科學有效地進行應急處理。

1.3風電機組與其他常規機組協調控制問題

大型風電場并網運行后，很多學者主要針對其發電穩定性進行了研究和分析，因為發電穩定性尤其重要，一旦發電出現異常，就會對大型風電場的接入元件造成損壞，進而引發風電事故。但是，大型風電場并網運行后，其發電穩定性是變好還是變壞，并沒有一個系統的、固定的結論。相關專家雖然對大電網接入大型風電場中其穩定性趨于變好還是變差進行了系統研究，但是仍然存在一些問題，主要表現在當電網大規模接受異步電動機導出的功率時，仍未徹底解決如何做到“趨利避害”，確保電網接入大型風電機組系統時整體系統穩定性的提升的問題，關鍵在于風電機組與其他常規機組的協調控制問題，需要對大型風電機組對同步機組產生的影響以及風電機組與其他常規同步機組的交互作用進行研究。

2降低風電場并網影響系數、改善電網電能質量的有效措施

2.1應用改善無功補償技術

目前我國大部分的風電場工作時，所選擇的異步電機設備都是感性元件，但是感性元件在使用時存在其獨有的制約性，也就是無法在缺乏無功功率的情況下支持運營。想讓電網電能質量以及電網的運行穩定性得到充足的保障，首先要考慮到的就是我國當前電網發展的實際狀況，比如說各地區不同的電網接入點、各地區的電壓數值等，可以適當的選擇無功功率補償量，并且考慮到電網電能的整體質量以及風電場并網等一系列的影響系數。在面對這些問題時需要具體的考慮到如何選擇相應的措施對該問題進行解決。通過以下幾個不同的方式提高風電網接入電廠的整體使用質量，并且確保電廠的平穩：第一，在風電場可以建立超導磁儲能系統，在建立該系統后，配備與其型號相當的動態無功補償裝置，使用該無功補償裝置可以時時刻刻地了解到在不同地區的電網實際狀況，能夠隨時隨地的進行無功補償裝置的調節，同時制定最為合理的、恰當的無功補償量，其最終的目的是實現對整個電網電壓的有效控制，也能夠確保風電場的出口處其電壓的穩定性，完全滿足風電場出口處的裝置凈輸出使用效果，也能夠展現出調節功率、降低輸電功率，實現動態的波動系統的使用質量。

2.2做好風電場發電預測工作

通過對風電場在運行時的狀態進行分析，能發現風電場運行的質量與風能的大小、風速、風力有著非常密切的關系，直接決定了風電場自身輸出電能的能力以及輸出電能的功率、電網在運行時的質量。為此，在風電場經營管理中，一定要考慮采取多項管理措施與預測技術進行不斷的完善和進步。在風電場運行的過程中，要求其具有周期性和一定的規律性，能夠對后續一段時間內的風能大小進行準確的預測，才能夠確保在后期開展風力發電機組調度工作時，其預測的質量得到提升，也能夠根據問題制定出最有效地預防和解決措施。達成規避電網的沖擊或者是由于第二波動而導致的風電場發電預測工作質量逐步下降的目的。

2.3輕型直流輸電連接電網的使用

近幾年我國的風力發電發展速度越來越快，整體的技術手段也有著非常明顯的變化，風力發電的前景可以說是非常良好。特別是隨著資源節約型社會的建設，人們利用風能來獲取電能的占比越來越高，所帶來的不僅僅是環境保護，同時也能提高資源的整體利用效率，所展現出的輸出功率以及波動對于電網電能質量而言則會帶來一定的負面影響，要求所有的工作人員能夠在日常的工作中提高對風電場發電設備的管理認知。多數情況下想要提高電網電能的整體質量，可以應用輕直流輸電連接技術。所謂輕直流輸電連接技術，主要是以 PWN 作為基礎的電壓源換流器，其技術手段極其普遍，具有較強的直流輸電性能，在風電場并網運行的整體過程中，由于該技術的出現能夠順利地解決由于電源分散而出現的輸電走廊問題，其本身具有非常高的自我調節控制能力，滿足當前我國風電場并網后對電網電能質量帶來的負面影響，同時連接電網的使用。除此之外，決定了風電場并網運行效率的主要因素是風速。隨著各種不同的技術手段在不斷地進行創新與完善，當前在進行風速的預測過程中，其預測的質量也會進一步的得到提升，能夠幫助我國電網的工作人員在最短時間內得到最準確的風力發電性能數值，并且讓電網更加靈活地容納更多風電場。在此基礎之上，作為電網的工作人員還需要了解到，如何不斷增強風電場本身的優化控制能力，確保風電場能夠逐步向著最初的普通發電機性能，以便于其在開展調度工作中其調度工作質量得到顯著的提升，滿足現階段電網系統在運行時的安全、穩定這一要求。

結語

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。

參考文獻

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