風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)可靠性影響研究

內(nèi)蒙古北方龍源風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司 楊焱洲

風(fēng)力發(fā)電具有干凈、可再生的特點，還能減輕環(huán)境污染，帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著風(fēng)電并網(wǎng)的進行，研究風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)可靠性的研究，不管是對風(fēng)電場用戶還對電網(wǎng)部門來講，都有必要性。

一、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電力模型

具有代表性的風(fēng)電并網(wǎng)風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)主要由塔架、風(fēng)能的吸收以及風(fēng)輪機等裝置組成。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電過程：自然界中的風(fēng)吹動葉輪，由葉輪帶動輪轂轉(zhuǎn)動，把自然風(fēng)能變成機械能，而后經(jīng)過傳動機構(gòu)把機械能送達(dá)到發(fā)電機轉(zhuǎn)子，由它帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)電，把機械能變成電能，最后把電能經(jīng)過區(qū)域變電站輸入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電的過程就是能量的轉(zhuǎn)換，由風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能，再由機械能轉(zhuǎn)化成電能。風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)模型如圖1所示。

二、風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

1.風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)和電壓的影響。風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響是對軟弱系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的問題。風(fēng)力電場絕大多數(shù)都是在電網(wǎng)的尾端，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成不是很強，它的短路容納量不高，受風(fēng)速以及風(fēng)力機組類型等因素的影響，一定會致使輸出功率的變化以及電壓的波動，進而影響電能的質(zhì)量。風(fēng)電場主要是影響電壓的波動和電壓的閃變等。電壓的波動范圍既和風(fēng)電功率的大小及風(fēng)電場的變化特點等有關(guān)。風(fēng)力發(fā)電機和它連接的母線的電壓很敏感，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)波動，一旦電壓系統(tǒng)降到低于0.85 pu，風(fēng)機就會與電網(wǎng)脫機。但是這些問題的出現(xiàn)，都是瞬間的，出現(xiàn)擾動之后就會重新進入運行狀態(tài)，隨著風(fēng)電并網(wǎng)，這對電網(wǎng)的影響會很大。

2.風(fēng)電并網(wǎng)對短路電流的影響。當(dāng)前主要使用的是異步發(fā)電機，當(dāng)風(fēng)電場進入電網(wǎng)以后，接入點的短路電流也會有所增加，因此，風(fēng)電并網(wǎng)就要把對短路電流的影響考慮在內(nèi)。即使短路電流減退較快，但是短路電流的初值較高。風(fēng)電場并網(wǎng)影響著電網(wǎng)短路的容納量，短路容量提高就有可能超過電網(wǎng)保護所能承受的范圍。出現(xiàn)問題的時候，風(fēng)電機組的保護系統(tǒng)應(yīng)該和電網(wǎng)的保護裝置相配合，降低對電網(wǎng)的不良影響。

3.風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響。對異步發(fā)電機進行并網(wǎng)時，它的相序一定要和電網(wǎng)相一致而且保持轉(zhuǎn)速的步速相一致，只有這樣才能順利地進行并網(wǎng)。在并網(wǎng)之前電機自身是沒有電壓的，異步發(fā)電機也沒有勵磁裝置，因此，在并網(wǎng)時就會產(chǎn)生高于固定電流倍的沖擊電流，幾秒之后才能夠進入穩(wěn)定的狀態(tài)。沖擊電流的大小不僅和電網(wǎng)的電壓的大小有關(guān)，還和發(fā)電機自身的暫態(tài)電抗有關(guān)，也和并網(wǎng)時的滑差有關(guān)。同時，沖擊電流的有效值和滑差之間是成正比的關(guān)系。風(fēng)電場與大電網(wǎng)連接時，合閘瞬間所產(chǎn)生的沖擊電流不會對異步發(fā)電機以及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行有太大的影響，但是對于小容納量的電網(wǎng)系統(tǒng)來說，它的影響就會很大，直接關(guān)系到電氣設(shè)備能否正常使用，情況嚴(yán)重甚至?xí)绊懙秸麄€電網(wǎng)的安全使用。

4.風(fēng)電并網(wǎng)對系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的影響。自然風(fēng)的間斷性決定了風(fēng)電場出力具有隨機波動的特點，不同于傳統(tǒng)的火電廠具有穩(wěn)定。對于電網(wǎng)中的常規(guī)能源來講，既要為負(fù)荷波動留有備用，還要給風(fēng)電場留出備用來衡量它的出力變化。因此，在某種程度來說，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)容量對風(fēng)電場的處理有一定的影響。調(diào)峰影響著風(fēng)電力的波動，是由于沒有把風(fēng)電裝入系統(tǒng)的機組調(diào)度規(guī)劃，對于這種情況就要從較高的層次的角度對風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電進行規(guī)劃。

三、風(fēng)電并網(wǎng)未來發(fā)展的展望

目前，世界上的風(fēng)力發(fā)電機正朝著大型化以及智能化的方向發(fā)展。風(fēng)力研究的目標(biāo)就是要提高風(fēng)力發(fā)電的水平并使其品質(zhì)越來越好。但這一目標(biāo)的實現(xiàn)，存在著一定的困難。提高風(fēng)能的利用就要擴大風(fēng)電場的規(guī)模，而其規(guī)模的擴大受電網(wǎng)可靠性的束縛。當(dāng)前，對于風(fēng)電場所使用機組的意見基本統(tǒng)一，也就是逐漸地用慢速機組代替恒速機組；但對于電網(wǎng)對風(fēng)電場規(guī)模的束縛沒有完善的理論為支撐。隨著風(fēng)電的飛速發(fā)展，對于風(fēng)電的開發(fā)有著朝向海上發(fā)展的趨勢。海上不僅有豐富的資源，而且不占用土地資源，受地形的影響也比較的小，有良好的運輸條件，能夠安裝比較大的風(fēng)機電組，可利用率非常高。所以，海上發(fā)電是一個不錯的發(fā)展方向。

人們關(guān)注風(fēng)電質(zhì)量的同時也期望它的傳統(tǒng)功率能夠得到提升，以達(dá)到開發(fā)風(fēng)能的目的，為了達(dá)到這一目的就要安裝與之相配的設(shè)備。隨著風(fēng)電規(guī)模不斷擴大以及輸電距離的加長，電能的輸出也是一個亟須解決的問題，和風(fēng)電相關(guān)的高壓系統(tǒng)的研究也在逐漸深入，并將帶動與之相關(guān)的行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展。

四、結(jié)論

近年來，我國風(fēng)電并網(wǎng)型發(fā)電有了較大的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電也展現(xiàn)了蓬勃的發(fā)展生機。但是，風(fēng)能并不穩(wěn)定，它具有隨機性，伴隨著風(fēng)電裝機容納量的提高，它的比重也越來越大，這對風(fēng)電的并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全運行造成了一定的影響。因此，為使風(fēng)力資源得到充分安全的利用，深入研究風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的可靠性研究就很有意義與價值。