風電場并網對電網電能質量的影響探析

張亞峰

魯能新能源（集團）有限公司河北分公司 河北張家口 076650

在社會主義現代化建設快速推進的當今時代下，社會生產對電力的需求逐漸增加，傳統的電能生產方式顯然已經不能滿足節能環保工作的需求，各種新型綠色能源發展起來，受到社會各界的廣泛關注。風能具有清潔、可再生的特點，生產電能的過程也較為安全，有效利用風能發電有助于社會經濟效益、生態效益的提高，對可持續發展工作的穩步提升具有非常重要的意義。

1 風電新能源的基本特點概述

風電作為一種新能源，其工作方式是利用相關的設備將風產生的動能轉為成為電能，而風能是一種清潔的、可再生的能源，風電近些年來在世界范圍內受到各個國家的重視，我國也正在大力開展風電建設。從世界范圍來看，經過相關的計算表明，世界當前可利用的風能資源儲量比水力資源高出10倍左右。我國的風能資源也非常豐富，可以供開發和利用的風能儲量超過10億kW，我國目前風電裝機超過2億kW。風能是一種具有代表性的無公害、可再生的清潔能源，風電在一些水資源匱乏的地區發揮著重要的作用，例如我國的沿海城市、草原牧區、山地高原等地區，都非常適合使用風力發電的方式提供電力能源。我國對風電建設也給予了高度的關注，國家通過財政補貼的方式大力支持全國各地開展風電建設，取得了很好的效果，目前我國多個地區已經興建了許多大型的風電場，對我國的電力能源輸送起到了至關重要的作用。

2 風電場運行的特點

風力發電以風能為基礎，可以對自然界的能源進行合理利用，并且還能夠減少電能生產帶來的環境污染。風電場通常建設在遠離人群居住地的位置，環保價值非常高。但是受到某些因素的影響，風電場的并網運行生產的電能和社會對電能的需求仍然有一定的距離，需要后期的風電場工作中進行調整[1]。

3 風電場并網對電網電能質量所造成的具體影響

3.1 電網受風電的影響較大

風的速度是多變與不可控的，其增加了風電場處理的不確定性。同時，當前的風能發電技術水平偏低，產生的風電量相對較低，進一步增大了電網平衡調度有用功和無用功的難度。首先，從風電對電能質量的影響入手分析，傳統風電單機的容量小，其通常使用并網便利與結構簡單的異步發電機直接連接配電網。由于風電發電場分布在偏遠地區，網絡消耗大、電壓相對較低，受沖擊的接收性能相對較弱；因此，風電新能源給配電網造成的諧波污染與電壓閃變的風險系數較大。其次，從風電對電網調度與規劃的影響入手分析，風能相對于傳統電源，具有明顯的不可預測與不可控性。并網后的風電場，電網可通過調峰容量與備用容量的差值進行風電調峰，但風電的調峰量有明顯的局限性，因此會直接影響風電的實際運用率。尤其是電網無法平衡風電場的功率波動時，風力發電注入電網的功率會受到阻礙。因此，在安排發電計劃前，需對系統的調峰與調頻問題進行合理的規劃。唯有提高電網的容量，才有利于推動電網建設與電場建設的協同發展。為實現資源優化與高效利用，遠距離電能輸送是重要前提，可間接帶動區域經濟發展，同時推動電網現代化發展[2]。

3.2 影響電網頻率與電壓波動、閃變

通過對目前我國大部分風電場在運行過程中的狀態進行分析，得出一個較為明顯的特征，就是電能的輸出功率不夠穩定。進而導致各風電發電組在整體運行中，其電能的功率出現了一定的波動，該波動幅度較大，如果在情節嚴重時，可能會產生一系列的連鎖反應。比如說常見的由于電能功率出現波動而影響到了機動機端電壓或者是并網點電壓進而導致兩個不同地區的電壓出現波動而產生了電網閃變現象。由于電網的電壓值本身是一個相對的穩定值，但當風電輸出功率出現波動時，就會導致極端的電壓和并網的電壓同時產生波動，其波動的狀態較為明顯，甚至十分容易導致電能的輸出功率存在問題，其輸出功率的波動幅度同樣得到提升，閃電出現的征兆也會更為明顯。在發現這一問題時，維修管理人員應了解到這是風電場并網對電網電能質量影響的最重要的內容之一。在整個風力發電機組運行的過程中，其受到了多個不同方面因素的影響，比如常見的有風剪切、塔影效應等，這些都會導致電網的電壓穩定性在逐步下降，在情節嚴重時還有可能會出現葉輪穩定性下降等問題，風力發電機組的輸出功率其大幅度波動等，而輸出功率的波動幅度也會隨著川流強度不斷提升，進而展現出相對較為明顯的加大現象，由此能得到兩個不同的結論分別是:第一，當前風電場并網之所以會對電能電壓產生質量影響，是由于大多數的風電場都存在著一個問題，就是機短路容量小，并且會分布在電網尾端。第二，由于在風電場運行的整個過程中，其外界因素是人為無法控制的，變化程度無法在短時間內對其進行確定，甚至出現了電網電壓的穩定性在逐步下降等一系列的波動，直接降低了電網電能在使用的質量[3]。

3.3 風力發電的諧波污染

風力發電可能產生諧波的過程有以下兩種：第一是風力發電機組本身的機械設備，可能會產生諧波。與電網設備并行運作的風力發電機組，在啟動過程中要和風力發電機組的機械設備連接在一起，所以會帶來一些諧波，這個過程較為短暫，也沒有頻繁發生，通?？梢灾苯雍雎?。但如果采用變速的風力發電機，則會產生很大的影響。變速風力發電機組需要借助逆變設備和電網連接起來，如果風力發電機組的機械設備傳動頻率和發生諧波的頻率一致，將會帶來非常嚴重的諧波。在發電設備逐漸改進的今天，這種情況已經逐漸發生轉變。第二和風力發電機組并聯的電容器可能會與電抗器共同作用產生諧振，在實際的工作當中風電場的變壓器會有很多諧波產生[4]。

4 降低風電場并網影響系數、改善電網電能質量的有效措施

4.1 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[5]。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[6]。

4.2 新技術在風力發電容量預測中的應用

隨著各區域海上風電建設進程的加速、風電裝機容量逐步增大，對風電功率預測的精度提出了更高要求，因此需引入更多的改進方法，以滿足其功率預測的精度要求[7]。首先，應用計算機技術與遙感技術等，可進一步提高對數字天氣預報模型的分辨率與天氣預報的準確度及天氣預報的更新頻率，間接帶動風電預測模型輸入數據等性能的優化。其次，采取結合多個數字天氣預報模型的方式，能夠規避惡劣氣候條件的影響，實現對氣象信息的高效預報，從而確保預測精度。同時，可利用混沌理論與小波分析等智能方式建立預測模型，通過線性與非線性方式，進一步強化預測方式的完善，提高預測結果精確度，切實降低預測誤差。尤其是非線性方式與人工神經網絡的結合，更利于發揮各預測性能的協同作用，實現各模型的優勢互補與各模型信息的優化，進一步強化模型的可靠性與預測精度。最后通過實時測量的氣象數據，可進一步減少風電功率短期預測的誤差[8]。

4.3 建立多能互補的方式

雖然風電新能源具有很多的優勢，但是風電新能源也有一定的缺點，例如間歇性、不穩定性等，都會對電網的安全穩定造成一定的影響。所以為了解決這個問題，可以采用多能互補的方式，在條件較為成熟的地區可以采用風能、火能、電能等多種能源互補的方式，利用每一種發電方式的不同優點，互相補充，能夠在很大程度上提高電網消納風電、火電、水電的能力，從而提高發電廠的綜合經濟效益，使電網的整體運行穩定性和安全性進一步的提高[9]。

4.4 做好風電場發電預測工作

從當前對所有的風電場在運行時的狀態進行分析時，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，直接決定了風電廠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，在整個風電場進行經營管理的過程中，一定要考慮到采取多項管理措施與預測技術進行工作與學習，在風電場運行的過程中。要求其具有周期性，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在逐步下降的目的[10]。

5 結語

綜上所述，在當前分析風電場并網對于電網電能質量影響的過程中，一定要考慮到之所以選擇利用風力發電，是由于風力發電所帶來的能源，是環保的、無污染的自然能源。要求工作人員認知在風電場發電設備管理的過程中如何提高管理的整體效果，并且對其內容進行有效的優化和調整，最大限度地確保風電場的容納能力能夠得到提升，在風電場并網運行的過程中也會出現一系列負面影響，需要對其內容進行進一步的分析，并且根據現階段的技術提出相應的改變方式。