風電接入電網造成的影響分析以及對策研究

汪新浩　林琛林

【摘 要】隨著風電裝機容量滲透率以及風電跨區消納比的逐漸提高，風電接入電網所造成的影響逐漸凸顯。本文從兩個方面對其影響進行了闡述，重點對電網穩定性中的暫態穩定性和LVRT問題以及電能質量中的五個參數進行了討論。針對存在的問題，本文給出了四條對策，為風電與電網的健康、協同、有序的發展提供參考。

【關鍵詞】風電 電網 暫態穩定

1 引言

當今，常規能源日益枯竭，同時，使用常規能源發電還造成了環境問題。由于風能是可再生的清潔能源之一，因此，把風能用于發電在各國都得到了迅猛的發展[1]。截至2013年，我國風電裝機容量世界第一，達到53MW。并據相關研究顯示，到2020年，我國風電裝機容量滲透率以及風電跨區消納比將分別達到20%和50%[2]。隨著風電滲透率的不斷增加，將會有更多的風電接入電網，從而對電網的運行與發展產生許多的影響，比如電網的穩定性、電能質量、調峰等。

2 影響分析

風力的大小決定著風電機組的輸出電量，而風力的隨機波動會造成電機組的輸出電量的隨機波動。當越來越多的風電接入到電網后，其對電網的影響日益凸顯。本節將從電網穩定性與電能質量兩個方面展開分析。

2.1 電網穩定性

電網的暫態穩定性。風電接入電網將改變現有電網的潮流分布、系統慣量以及線路傳輸功率，從而干擾了電網的暫態穩定性。當區域電網的魯棒性較強時，既使系統出現故障，風電機組也能夠在系統恢復后及時重建機端電壓并正常工作，從而保證了電網的暫態穩定性。如果區域電網的魯棒性較差，風電機組不能在系統恢復后及時地恢復機端電壓，那么區域電網的暫態穩定性將遭到破壞，在此情況下，可以把風電機組從電網中切除或者使用動態無功補償裝置來確保電網的暫態穩定性。

風電機組的LVRT（Low Voltage Ride Through，低電壓穿越）問題[3]。LVRT為：從風電并網電壓下降到電網電壓恢復這段時間內，風電機組仍可以保持并網狀態，甚至還可以向電網提供部分的無功功率，從而實現了低電壓時間的穿越。當風電所占比例較大時，如果風電機組仍使用被動保護解列的保護模式，不僅會提升系統的恢復難度，甚至會導致區域電網電壓的崩潰以及系統內其它機組的瓦解，在這種情況下，就要求風電機組具有一定的LVRT能力，以確保區域電網的安全穩定。

2.2 電能質量

電網的電能質量也會受到風電并網的影響。主要表現在對頻率、諧波、電壓、閃變等方面，而影響程度是與風電場布置、線路參數、風電機組的類型等因素有關。

（1）頻率。與常規能源相比，風電的輸出功率具有間歇性的特點。那么當間歇性的風電接入電網后，電網需要不停地調整電力潮流。這樣除了會影響電網的電壓以外，還會對系統的頻率特性產生影響。當風電的裝機容量達到一定比例后，必須采取一定的頻率控制手段，以增加總的調頻容量，實現系統頻率的穩定。（2）諧波。電網中諧波產生的主要來源是功率變換器。風電機組所包含的功率變換器產生的諧波將會對電網產生干擾，而干擾的程度不僅與濾波器結構以及變換器的構造相關的，還與風電的裝機容量、電網的短路容量等相關。（3）電壓波動。風速的波動會造成風電輸出功率的波動，而這種波動會造成電網中的某些節點電壓的波動，如果波動比較大時，電壓的偏差值將超過國家的允許值，從而嚴重影響電網的穩定。（4）電壓降落。當風電接入電網以后，風電機組的突然啟動將會造成電網電壓降落，尤其以固定轉速風電機組最為明顯。此外，風的變化也會帶來電網電壓降落。（5）閃變。風電接入電網還帶了閃變問題。而閃變問題的根源是風電機組輸出功率的不停變化。輸出功率的變化范圍不僅與風況以及湍流強度有關，還與塔應效應、風力機的轉速等相關。

3 對策研究

針對上述的不良影響，同時立足我國實際，本文給出以下四點對策。

（1）加大研發投入，提升風機性能，完善產業標準。風機性能的提升是解決風電并網不良影響的有效途徑。為此，必須加大風電產業的研發投入，提升核心零部件的性能指標，以改善其LVRT能力以及功率調節能力。（2）優化電源結構，加快新能源發展，提升電網的風電消納能力。立足現有電源結構，加大常規電源的改造，充分發揮其調峰能力與調峰優勢。同時，加快新能源發展，開發并推廣高效可靠的蓄能技術，逐步地提升電網的風電消納能力，從而實現電網的魯棒性的增強。（3）加強區域互聯，優化跨區配置。加強區域互聯建設能夠更好地整合全網資源，同時，通過跨區配置優化，使得電網能夠消納更多的風電，從而促進風電的健康發展。（4）合理規劃，統籌發展。為了確保風電的有序發展，必須對風電開發與電網建設進行統一規劃，實現風電發展以及配套工程的同步，做到同步投產同步收益，從而實現電網的健康有序發展。

4 結語

本文首先從電網穩定性與電能質量兩個方面對風電接入電網所造成的影響進行分析，重點對電網穩定性中的暫態穩定性和低電壓穿越問題以及電能質量中的頻率、諧波、電壓波動、電壓降落和閃變進行了討論。針對存在的問題，本文給出了加大研發投入，提升風機性能，完善產業標準；優化電源結構，加快新能源發展，提升電網的風電消納能力；加強區域互聯，優化跨區配置；合理規劃，統籌發展四條對策，從而為風電與電網的健康、協同、有序的發展提供參考。

參考文獻：

[1]European Wind Energy Association. Wind energy-the facts： a guide to the technology， economics and future of wind power[M]. Routledge， 2012.

[2]Council G W E. Global wind energy outlook 2012[J]. GWEC， 2012， 5（5）：13-19.

[3]Zhang X， ZHANG L， YANG S， et al. Low Voltage Ride-through Technologies in Wind Turbine Generation [J]. Proceedings of the Chinese Society of Universities for Electric Power System and its Automation， 2008， 2（3）： 1-12.