風電接入對電力系統的影響

張曉軍

【摘 ?要】由于風電具有隨機性、間歇性的特點，大規模接入會對電網產生不可忽略的影響。本文從風電并網對系統的影響入手，分別剖析了風電并網對系統調峰調頻、對無功平衡和電壓水平、對電網穩定性、對電能質量四個方面的影響，并提出了相應的可行性解決措施。

【關鍵詞】風電;并網;影響;措施;功率;預測

1風電特點及機組水平

1.1 風電運行特點

1.1.1 風是清潔能源，取之不盡，用之不竭，風電無污染。

1.1.2 風力發電波動性強、間歇性明顯。風電出力的波動沒有規律性，預測困難，出力在0-100%范圍內變化。

1.1.3 現階段風電年利用小時數較低。國家要求風電場年利用小時數達到2800h以上才能并入電網，但目前有很大數量的風電場無法達到標準。

1.2 風電機組分類

1.2.1 異步發電機組。也叫恒速風電機組，它采用普通的感應發電機，轉速穩定，運行時需要從電網中吸收大量的無功功率。

1.2.2 雙饋異步發電機組。也叫雙饋變速風電機組，采用雙饋電機，具有調節無功功率出力的能力，且可以通過自身的控制程序實現低電壓穿越能力。

1.2.3 直驅式交流永磁同步發電機組。采用無齒輪箱結構，大大降低了故障率，特高發電機組壽命，但需考慮諧波問題。

2風電并網影響及解決措施

2.1 影響系統調峰調頻由于風電具有隨機性、波動性、間歇性、反調節性的特點，所以會對系統調峰產生較大影響。風電相當于一種“負-負荷”，而且一般情況下夜間風力大，風力發電量大，而用戶負荷用電量少，因此，大規模風電的接入會使等效負荷峰谷差變大。從另一個方面說，風電的反調節特性又會使這一情況更為嚴重，因此風電并網需要加大調峰容量。

就目前來看，我國電源結構不合理是造成調峰困難的主要原因。我國火電比重太大，盡管在我國南方有大量的水電站，但主要以小型為主，比重只有21%，抽水蓄能機組裝機容量也占很小比例。因此，要解決調峰困難的問題，就要逐步改變我國的電源結構，采用燃油、燃氣等快速調節電源，增加抽水蓄能機組容量，或采用風火、風水打捆外送的方式，加大調峰能力。

2.2 影響無功和電壓在風電場中，異步電動機占的比重依然很大。并入電網運行的異步發電機，要依靠從電網吸取容性無功來勵磁，風力發電研究部門曾做過簡單的測試，所需要的勵磁電流一般可達到額定電流的20%～30%左右，最大可達40%，這會使得電網的功率因數降低。解決的辦法是增加集中或分散補償裝置。如果異步發電機建造的地理位置恰處于某長線路末端、容性無功充足，那就最理想不過了。

另一方面，在我國，風能資源比較豐富的地區一般離負荷中心都較遠，大規模風電并網無法就地笑納，需要通過遠距離高壓輸電送到負荷中心。在風電場的風電出力較高時，大量功率遠距離輸送會造成線路壓降過大，風電場得無功需求和電網線路的無功損耗也就相應增大，電網的無功不足，對電壓穩定性造成影響。

如果要將風電并網對無功和電壓的影響降到最低，可以采取以下方法：一是在風電場中可以安裝一定容量的無功補償裝置來提高風電場并網點的電壓，進而提高電壓的穩定裕度，增加風電場最大裝機容量;二是可以在資金允許的情況下，多采用雙饋變速風電機組;三是也可以在風電場內安裝對無功電壓進行調節的動態無功補償裝置。

2.3 影響電壓穩定性

2.3.1 影響暫態電壓穩定性當風電場滿發并網，此時電網中某條線路短路，如果沒有及時將風電場切除，則網內母線電壓將無法恢復正常;而相反，如果當時能夠及時切除風電場，則網內主要母線的電壓和機組功角將呈衰減震蕩最終趨于穩定。如果電網足夠強壯，風電機組在故障清除后能夠恢復機端電壓并穩定運行，電壓穩定性能夠得到保證;但如果電網較弱，風電機組在故障清除后無法重新建立機端電壓，風電機組運行超速失去穩定，電壓穩定性遭到破壞。當系統發生故障時，要保證電壓的穩定性，可以將風電場切除，也可以采用安裝在風電場的動態無功補償裝置支撐電壓，從而保證電網電壓穩定性。

2.3.2 低電壓穿越能力在電網運行時，當系統出現擾動或者故障時，可能引起局部電壓的瞬間跌落，期間各種電源維持并網運行的能力稱為低電壓穿越能力。這是因為目前配電系統線路主保護主要是分段式電流保護，它不能做到無延時切出故障，因此，可能會引起局部電壓跌落。對于一些常規機組，他們均可以通過快速勵磁調節來提供電壓支撐，保持機組的可靠聯網運行而不脫網，它們的低電壓穿越能力很強。而對于風電來說，如果風電規模較小，電量較少時，則電網故障時只需將風電機組切除即可;但當風電規模較大，在電網所占比較較大時，如果仍然將風電機組切除，會加劇故障，最終可能導致所有機組全部解列。因此，需要采取一定的措施來維護風電場電網的穩定。

2.4 影響電能質量電能質量主要包括電壓質量和電流質量。風電并網對兩者皆產生較大影響。電壓質量包括三種指標：電壓偏差、電壓波動、電壓閃變。風電并網對電壓偏差基本不會產生影響，因此只需研究對電壓波動及閃變的影響。風電機組大多采取軟并網方式，但當啟動時仍然會產生比較大的沖擊電流。當風速超過切除風速時，風機會從額定出力狀態自動退出運行。如果整個風電場所有風機幾乎同時動作時，這種沖擊容易造成電壓閃變和電壓波動。此外，風電機組的一些固有特性，如塔影效應等也會造成風電場的電壓波動，進而引發可察覺的電壓閃變。

解決風電并網對電壓質量影響的方法很多：可以通過提高風力的可預測性來抑制，包括根據風電場的可靠歷史數據，綜合評估風電場的電量輸出，提高風電的可靠系數等;也可以通過采用無功補償裝置，減小電壓波動量來有效抑制電壓閃變。

電流質量包括兩種指標：頻率偏差、諧波電流含有率。風電并網后對電力系統電流質量影響主要體現在諧波上，對頻率偏差影響不大。風電并網給系統帶來諧波污染主要有兩種途徑：一種是在風力發電機中，大量采用具有變頻功能的變速恒頻風力發電機，而發出的交流電也經過整流-逆變裝置與電網連接，維持電網頻率不變。但整流逆變會帶來諧波污染，這些諧波電流進入系統后，會引起電網電壓畸變，降低電能質量。第二種是風機的并聯補償電容器可能和線路電抗發生諧振。

解決措施有：第一，采用多脈沖整流電路。實驗表明，脈沖數越高，諧波含有率越低。第二，采用有源電力濾波器濾波。其作用原理是利用電力電子裝置代替系統電源向負荷提供所需的畸變電流，從而保證系統電源只需向負荷提供基波電流。同時還可以連續、快速、靈活地調節無功功率、穩定電壓和改善功率因數。

3總結

本文通過大規模風電并網對電力系統的影響進行分析，找出具有可實施性的措施。隨著《可再生能源法》的頒布，風電在近幾年發展迅猛，如何更好、更安全地利用風電，以最大效率將風電并網，有待進一步的研究和改善。

參考文獻：

[1]張麗英等.大規模風電接入電網的相關問題及措施[J].中國電機工程學報，2010，30，（25）：1-7.

[2]遲永寧等.大規模風電并網引起的電力系統運行于穩定問題及對策[J].電力設備，2008，9，（11）：16-19.

[3]戴慧珠等.風電場接入電力系統研究的新進展[J].電網技術，2007，31，（20）：16-23.

[4]王承煦，張源.風力發電[M].北京：中國電力出版社，2003.

（作者單位：國網山西省電力公司汾陽市供電公司）