風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響分析

丁龍 趙國明

（青島昌盛日電新能源電力有限公司，山東 青島 266000）

風(fēng)能屬于清潔能源之一，對其應(yīng)用過程中基本不存在污染環(huán)境的情況，但是風(fēng)能自身存在明顯的隨機(jī)性與間歇性特點，所以相對于傳統(tǒng)動力發(fā)電模式而言，其與之存在較大差異。所以風(fēng)力發(fā)電在并網(wǎng)后會對電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。

一、風(fēng)電場并網(wǎng)對于電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響

（一）影響調(diào)峰調(diào)頻容量

風(fēng)電場并網(wǎng)基本采取軟并網(wǎng)的形式，由于其基本不進(jìn)行調(diào)峰，所以在并網(wǎng)的過程中，會出現(xiàn)較大的電流沖擊。如果風(fēng)速高于切出風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組會由原來的額定出力狀態(tài)解列退出運行。所以當(dāng)大量的風(fēng)電并網(wǎng)時候，由于大量的風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)解列情況，從而強(qiáng)烈沖擊電網(wǎng)。除此之外，塔影效應(yīng)以及風(fēng)速的變化，也都會對風(fēng)電機(jī)組的輸出平衡度產(chǎn)生影響，使得電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變情況。盡管對于電網(wǎng)電壓而言，單一的一臺風(fēng)電機(jī)組對其的沖擊不大，但是其卻能夠?qū)_擊的影響持續(xù)很久，所以大量的風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)過程中很可能會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓快速下降，而風(fēng)速增加后，勢必會提高系統(tǒng)的輸入功率，導(dǎo)致風(fēng)電場的母線電壓先降后升，并且這一情況在風(fēng)電場與電網(wǎng)系統(tǒng)等值阻抗較大時所產(chǎn)生的電壓波動幅度更大。

（二）無功電壓的影響

現(xiàn)階段下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所應(yīng)用的發(fā)電機(jī)類型存在很多種，其中異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)以及雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是我國應(yīng)用最多的三種，而其中我國應(yīng)用最多的劑型是異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其作為定速恒頻機(jī)組，能夠保持穩(wěn)定的速度運轉(zhuǎn)，但是機(jī)組在運行的過程中，其無法保持最佳的風(fēng)能轉(zhuǎn)換狀態(tài)，在并網(wǎng)運行的時候，需要從電網(wǎng)系統(tǒng)中大量吸收無功功率，所以如果是大量風(fēng)電同時并網(wǎng)，其需要吸收集大的無功功率，使得電網(wǎng)面臨巨大的無功負(fù)擔(dān)，對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

（三）電能質(zhì)量造成的影響

風(fēng)電機(jī)組發(fā)電過程中，其輸出功率的波動性較為明顯，除了風(fēng)速變化會對波動程度產(chǎn)生影響之外，風(fēng)電機(jī)組自身特性也會對此產(chǎn)生影響。風(fēng)電系統(tǒng)所存在的諧波污染會從整體上拉低電網(wǎng)的電能質(zhì)量。風(fēng)電機(jī)組自身的各種電力電子裝置很容易導(dǎo)致諧波污染。恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)在直接并網(wǎng)的時候，其軟啟動階段會導(dǎo)致部分諧波污染，但整體存在發(fā)生次數(shù)少、發(fā)生時間段的特點，所以一般可以予以忽略，但是變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要借助整流及逆變裝置，所以很容易因為嚴(yán)重的諧波污染而使得電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量下降。

二、保障風(fēng)電場并網(wǎng)后電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的具體措施

（一）針對調(diào)峰調(diào)頻問題的應(yīng)對措施

對于調(diào)峰調(diào)頻問題，可以通過提高電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻備用容量來實現(xiàn)。第一，對電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使得電網(wǎng)負(fù)荷平衡能力得到改善。可以適當(dāng)降低風(fēng)電機(jī)組比重，增加電網(wǎng)中燃?xì)鈾C(jī)組與抽水蓄能機(jī)組所占的比重。在接入新的風(fēng)電機(jī)組之前，必須要充分考慮其具有較低的負(fù)載率運行能力，進(jìn)而提高電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻幅度；第二，落實風(fēng)電場出力預(yù)測評估工作，從源頭提高風(fēng)電場出力預(yù)測的精確度，避免電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻能力不滿足風(fēng)電場并網(wǎng)需求的情況；第三，可以適當(dāng)提高其他發(fā)電機(jī)組與風(fēng)電機(jī)組之間的協(xié)調(diào)能力，將風(fēng)電機(jī)組的切入、切出以及出力變化等環(huán)節(jié)以其他發(fā)電機(jī)組來協(xié)調(diào)，提高風(fēng)電機(jī)組的靈活性，使得其能夠滿足高頻率的啟動與停止操作，還可以適當(dāng)優(yōu)化條獲贈風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電曲線，使得其能夠更好地適應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)速度。在某些情況下，可以通過對風(fēng)電機(jī)組的出力進(jìn)行控制，達(dá)到降低系統(tǒng)負(fù)荷的目的。

（二）針對無功電壓問題的應(yīng)對措施

想要徹底解決無功電壓問題，需要電網(wǎng)系統(tǒng)自身具備較高的容性無功補(bǔ)償。一般而言，風(fēng)電機(jī)組的利用小時數(shù)較低，一旦機(jī)組處于滿負(fù)荷發(fā)電的狀態(tài)，就會出現(xiàn)線路潮流高于線路自然功率的情況，從而讓線路消耗的無功功率明顯上升。對于此問題需要從兩個方面考慮。第一，無風(fēng)時，風(fēng)電場送出系統(tǒng)處于輕載狀態(tài)，此時系統(tǒng)需求小于輸電線路的充電功率，所以在此階段要利用感性無功補(bǔ)償容量；第二，系統(tǒng)處于出力增加狀態(tài)時，風(fēng)電場的送出系統(tǒng)處于重載狀態(tài)，需要借助容性無功補(bǔ)償容量進(jìn)行補(bǔ)償。部分風(fēng)電機(jī)組是以分散形式接入低壓配電網(wǎng)，此時為了確保系統(tǒng)在發(fā)生故障時依然能夠提供電力，所以必須要讓風(fēng)電場具有較高的低電壓穿越能力。但是對于以高壓輸電網(wǎng)絡(luò)集中輸電的風(fēng)電場，若其本身具有低電壓穿越能力，則其自身處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，很可能會對系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，此時必須要將其盡快從電網(wǎng)系統(tǒng)解列，可見此狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組可以放棄低電壓穿越能力。

（三）針對電能質(zhì)量問題的應(yīng)對措施

風(fēng)電場并網(wǎng)出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題主要是由風(fēng)電場功率波動所致。所以對于此問題，可以以輕型直流輸電并入電力系統(tǒng)的方式，即應(yīng)用電壓源換流器技術(shù)、門極可關(guān)斷晶閘管及絕緣柵極晶體管構(gòu)建基于PWM控制的VSC結(jié)構(gòu)，通過此構(gòu)建輕型的直流輸電系統(tǒng)，通過對直流輸電優(yōu)勢的充分應(yīng)用，有效應(yīng)對分散電源接入的輸電走廊問題，使得無功電壓調(diào)節(jié)能力得到提升，使得交流系統(tǒng)運行趨于穩(wěn)定，從而有效提升電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。同時還可以應(yīng)用變速恒頻電機(jī)以及雙饋電機(jī)等新型機(jī)組，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠與常規(guī)機(jī)組無異，都可以應(yīng)對無功控制及電壓任務(wù)，使得電能質(zhì)量問題得到有效處理。

三、總結(jié)

風(fēng)力發(fā)電作為重要的清潔能源之一，當(dāng)前我國在此已經(jīng)投入了大量的人力、物力及財力，并且也的確取得了令人矚目的成就。但是對于風(fēng)電場并網(wǎng)而言，想要確保并網(wǎng)后能夠繼續(xù)穩(wěn)定、持續(xù)運行，就必須要解決有效措施，針對調(diào)峰調(diào)頻問題、無功電壓問題以及電能質(zhì)量問題進(jìn)行有效處理，并繼續(xù)深入研究，提高資金投入力度，創(chuàng)建科研團(tuán)隊，通過有效的摸索研究，使得風(fēng)電場并網(wǎng)所對電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響得到有效控制，為社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。