论文部分内容阅读
【摘 要】由于风电具有随机性、间歇性的特点，大规模接入会对电网产生不可忽略的影响。本文从风电并网对系统的影响入手，分别剖析了风电并网对系统调峰调频、对无功平衡和电压水平、对电网稳定性、对电能质量四个方面的影响，并提出了相应的可行性解决措施。
【关键词】风电;并网;影响;措施;功率;预测
1风电特点及机组水平
1.1 风电运行特点
1.1.1 风是清洁能源，取之不尽，用之不竭，风电无污染。
1.1.2 风力发电波动性强、间歇性明显。风电出力的波动没有规律性，预测困难，出力在0-100%范围内变化。
1.1.3 现阶段风电年利用小时数较低。国家要求风电场年利用小时数达到2800h以上才能并入电网，但目前有很大数量的风电场无法达到标准。
1.2 风电机组分类
1.2.1 异步发电機组。也叫恒速风电机组，它采用普通的感应发电机，转速稳定，运行时需要从电网中吸收大量的无功功率。
1.2.2 双馈异步发电机组。也叫双馈变速风电机组，采用双馈电机，具有调节无功功率出力的能力，且可以通过自身的控制程序实现低电压穿越能力。
1.2.3 直驱式交流永磁同步发电机组。采用无齿轮箱结构，大大降低了故障率，特高发电机组寿命，但需考虑谐波问题。
2风电并网影响及解决措施
2.1 影响系统调峰调频由于风电具有随机性、波动性、间歇性、反调节性的特点，所以会对系统调峰产生较大影响。风电相当于一种“负-负荷”，而且一般情况下夜间风力大，风力发电量大，而用户负荷用电量少，因此，大规模风电的接入会使等效负荷峰谷差变大。从另一个方面说，风电的反调节特性又会使这一情况更为严重，因此风电并网需要加大调峰容量。
就目前来看，我国电源结构不合理是造成调峰困难的主要原因。我国火电比重太大，尽管在我国南方有大量的水电站，但主要以小型为主，比重只有21%，抽水蓄能机组装机容量也占很小比例。因此，要解决调峰困难的问题，就要逐步改变我国的电源结构，采用燃油、燃气等快速调节电源，增加抽水蓄能机组容量，或采用风火、风水打捆外送的方式，加大调峰能力。
2.2 影响无功和电压在风电场中，异步电动机占的比重依然很大。并入电网运行的异步发电机，要依靠从电网吸取容性无功来励磁，风力发电研究部门曾做过简单的测试，所需要的励磁电流一般可达到额定电流的20%～30%左右，最大可达40%，这会使得电网的功率因数降低。解决的办法是增加集中或分散补偿装置。如果异步发电机建造的地理位置恰处于某长线路末端、容性无功充足，那就最理想不过了。
另一方面，在我国，风能资源比较丰富的地区一般离负荷中心都较远，大规模风电并网无法就地笑纳，需要通过远距离高压输电送到负荷中心。在风电场的风电出力较高时，大量功率远距离输送会造成线路压降过大，风电场得无功需求和电网线路的无功损耗也就相应增大，电网的无功不足，对电压稳定性造成影响。
如果要将风电并网对无功和电压的影响降到最低，可以采取以下方法：一是在风电场中可以安装一定容量的无功补偿装置来提高风电场并网点的电压，进而提高电压的稳定裕度，增加风电场最大装机容量;二是可以在资金允许的情况下，多采用双馈变速风电机组;三是也可以在风电场内安装对无功电压进行调节的动态无功补偿装置。
2.3 影响电压稳定性
2.3.1 影响暂态电压稳定性当风电场满发并网，此时电网中某条线路短路，如果没有及时将风电场切除，则网内母线电压将无法恢复正常;而相反，如果当时能够及时切除风电场，则网内主要母线的电压和机组功角将呈衰减震荡最终趋于稳定。如果电网足够强壮，风电机组在故障清除后能够恢复机端电压并稳定运行，电压稳定性能够得到保证;但如果电网较弱，风电机组在故障清除后无法重新建立机端电压，风电机组运行超速失去稳定，电压稳定性遭到破坏。当系统发生故障时，要保证电压的稳定性，可以将风电场切除，也可以采用安装在风电场的动态无功补偿装置支撑电压，从而保证电网电压稳定性。
2.3.2 低电压穿越能力在电网运行时，当系统出现扰动或者故障时，可能引起局部电压的瞬间跌落，期间各种电源维持并网运行的能力称为低电压穿越能力。这是因为目前配电系统线路主保护主要是分段式电流保护，它不能做到无延时切出故障，因此，可能会引起局部电压跌落。对于一些常规机组，他们均可以通过快速励磁调节来提供电压支撑，保持机组的可靠联网运行而不脱网，它们的低电压穿越能力很强。而对于风电来说，如果风电规模较小，电量较少时，则电网故障时只需将风电机组切除即可;但当风电规模较大，在电网所占比较较大时，如果仍然将风电机组切除，会加剧故障，最终可能导致所有机组全部解列。因此，需要采取一定的措施来维护风电场电网的稳定。
2.4 影响电能质量电能质量主要包括电压质量和电流质量。风电并网对两者皆产生较大影响。电压质量包括三种指标：电压偏差、电压波动、电压闪变。风电并网对电压偏差基本不会产生影响，因此只需研究对电压波动及闪变的影响。风电机组大多采取软并网方式，但当启动时仍然会产生比较大的冲击电流。当风速超过切除风速时，风机会从额定出力状态自动退出运行。如果整个风电场所有风机几乎同时动作时，这种冲击容易造成电压闪变和电压波动。此外，风电机组的一些固有特性，如塔影效应等也会造成风电场的电压波动，进而引发可察觉的电压闪变。
解决风电并网对电压质量影响的方法很多：可以通过提高风力的可预测性来抑制，包括根据风电场的可靠历史数据，综合评估风电场的电量输出，提高风电的可靠系数等;也可以通过采用无功补偿装置，减小电压波动量来有效抑制电压闪变。
电流质量包括两种指标：频率偏差、谐波电流含有率。风电并网后对电力系统电流质量影响主要体现在谐波上，对频率偏差影响不大。风电并网给系统带来谐波污染主要有两种途径：一种是在风力发电机中，大量采用具有变频功能的变速恒频风力发电机，而发出的交流电也经过整流-逆变装置与电网连接，维持电网频率不变。但整流逆变会带来谐波污染，这些谐波电流进入系统后，会引起电网电压畸变，降低电能质量。第二种是风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。
解决措施有：第一，采用多脉冲整流电路。实验表明，脉冲数越高，谐波含有率越低。第二，采用有源电力滤波器滤波。其作用原理是利用电力电子装置代替系统电源向负荷提供所需的畸变电流，从而保证系统电源只需向负荷提供基波电流。同时还可以连续、快速、灵活地调节无功功率、稳定电压和改善功率因数。
3总结
本文通过大规模风电并网对电力系统的影响进行分析，找出具有可实施性的措施。随着《可再生能源法》的颁布，风电在近几年发展迅猛，如何更好、更安全地利用风电，以最大效率将风电并网，有待进一步的研究和改善。
参考文献：
[1]张丽英等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报，2010，30，（25）：1-7.
[2]迟永宁等.大规模风电并网引起的电力系统运行于稳定问题及对策[J].电力设备，2008，9，（11）：16-19.
[3]戴慧珠等.风电场接入电力系统研究的新进展[J].电网技术，2007，31，（20）：16-23.
[4]王承煦，张源.风力发电[M].北京：中国电力出版社，2003.
（作者单位：国网山西省电力公司汾阳市供电公司）
【关键词】风电;并网;影响;措施;功率;预测
1风电特点及机组水平
1.1 风电运行特点
1.1.1 风是清洁能源，取之不尽，用之不竭，风电无污染。
1.1.2 风力发电波动性强、间歇性明显。风电出力的波动没有规律性，预测困难，出力在0-100%范围内变化。
1.1.3 现阶段风电年利用小时数较低。国家要求风电场年利用小时数达到2800h以上才能并入电网，但目前有很大数量的风电场无法达到标准。
1.2 风电机组分类
1.2.1 异步发电機组。也叫恒速风电机组，它采用普通的感应发电机，转速稳定，运行时需要从电网中吸收大量的无功功率。
1.2.2 双馈异步发电机组。也叫双馈变速风电机组，采用双馈电机，具有调节无功功率出力的能力，且可以通过自身的控制程序实现低电压穿越能力。
1.2.3 直驱式交流永磁同步发电机组。采用无齿轮箱结构，大大降低了故障率，特高发电机组寿命，但需考虑谐波问题。
2风电并网影响及解决措施
2.1 影响系统调峰调频由于风电具有随机性、波动性、间歇性、反调节性的特点，所以会对系统调峰产生较大影响。风电相当于一种“负-负荷”，而且一般情况下夜间风力大，风力发电量大，而用户负荷用电量少，因此，大规模风电的接入会使等效负荷峰谷差变大。从另一个方面说，风电的反调节特性又会使这一情况更为严重，因此风电并网需要加大调峰容量。
就目前来看，我国电源结构不合理是造成调峰困难的主要原因。我国火电比重太大，尽管在我国南方有大量的水电站，但主要以小型为主，比重只有21%，抽水蓄能机组装机容量也占很小比例。因此，要解决调峰困难的问题，就要逐步改变我国的电源结构，采用燃油、燃气等快速调节电源，增加抽水蓄能机组容量，或采用风火、风水打捆外送的方式，加大调峰能力。
2.2 影响无功和电压在风电场中，异步电动机占的比重依然很大。并入电网运行的异步发电机，要依靠从电网吸取容性无功来励磁，风力发电研究部门曾做过简单的测试，所需要的励磁电流一般可达到额定电流的20%～30%左右，最大可达40%，这会使得电网的功率因数降低。解决的办法是增加集中或分散补偿装置。如果异步发电机建造的地理位置恰处于某长线路末端、容性无功充足，那就最理想不过了。
另一方面，在我国，风能资源比较丰富的地区一般离负荷中心都较远，大规模风电并网无法就地笑纳，需要通过远距离高压输电送到负荷中心。在风电场的风电出力较高时，大量功率远距离输送会造成线路压降过大，风电场得无功需求和电网线路的无功损耗也就相应增大，电网的无功不足，对电压稳定性造成影响。
如果要将风电并网对无功和电压的影响降到最低，可以采取以下方法：一是在风电场中可以安装一定容量的无功补偿装置来提高风电场并网点的电压，进而提高电压的稳定裕度，增加风电场最大装机容量;二是可以在资金允许的情况下，多采用双馈变速风电机组;三是也可以在风电场内安装对无功电压进行调节的动态无功补偿装置。
2.3 影响电压稳定性
2.3.1 影响暂态电压稳定性当风电场满发并网，此时电网中某条线路短路，如果没有及时将风电场切除，则网内母线电压将无法恢复正常;而相反，如果当时能够及时切除风电场，则网内主要母线的电压和机组功角将呈衰减震荡最终趋于稳定。如果电网足够强壮，风电机组在故障清除后能够恢复机端电压并稳定运行，电压稳定性能够得到保证;但如果电网较弱，风电机组在故障清除后无法重新建立机端电压，风电机组运行超速失去稳定，电压稳定性遭到破坏。当系统发生故障时，要保证电压的稳定性，可以将风电场切除，也可以采用安装在风电场的动态无功补偿装置支撑电压，从而保证电网电压稳定性。
2.3.2 低电压穿越能力在电网运行时，当系统出现扰动或者故障时，可能引起局部电压的瞬间跌落，期间各种电源维持并网运行的能力称为低电压穿越能力。这是因为目前配电系统线路主保护主要是分段式电流保护，它不能做到无延时切出故障，因此，可能会引起局部电压跌落。对于一些常规机组，他们均可以通过快速励磁调节来提供电压支撑，保持机组的可靠联网运行而不脱网，它们的低电压穿越能力很强。而对于风电来说，如果风电规模较小，电量较少时，则电网故障时只需将风电机组切除即可;但当风电规模较大，在电网所占比较较大时，如果仍然将风电机组切除，会加剧故障，最终可能导致所有机组全部解列。因此，需要采取一定的措施来维护风电场电网的稳定。
2.4 影响电能质量电能质量主要包括电压质量和电流质量。风电并网对两者皆产生较大影响。电压质量包括三种指标：电压偏差、电压波动、电压闪变。风电并网对电压偏差基本不会产生影响，因此只需研究对电压波动及闪变的影响。风电机组大多采取软并网方式，但当启动时仍然会产生比较大的冲击电流。当风速超过切除风速时，风机会从额定出力状态自动退出运行。如果整个风电场所有风机几乎同时动作时，这种冲击容易造成电压闪变和电压波动。此外，风电机组的一些固有特性，如塔影效应等也会造成风电场的电压波动，进而引发可察觉的电压闪变。
解决风电并网对电压质量影响的方法很多：可以通过提高风力的可预测性来抑制，包括根据风电场的可靠历史数据，综合评估风电场的电量输出，提高风电的可靠系数等;也可以通过采用无功补偿装置，减小电压波动量来有效抑制电压闪变。
电流质量包括两种指标：频率偏差、谐波电流含有率。风电并网后对电力系统电流质量影响主要体现在谐波上，对频率偏差影响不大。风电并网给系统带来谐波污染主要有两种途径：一种是在风力发电机中，大量采用具有变频功能的变速恒频风力发电机，而发出的交流电也经过整流-逆变装置与电网连接，维持电网频率不变。但整流逆变会带来谐波污染，这些谐波电流进入系统后，会引起电网电压畸变，降低电能质量。第二种是风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。
解决措施有：第一，采用多脉冲整流电路。实验表明，脉冲数越高，谐波含有率越低。第二，采用有源电力滤波器滤波。其作用原理是利用电力电子装置代替系统电源向负荷提供所需的畸变电流，从而保证系统电源只需向负荷提供基波电流。同时还可以连续、快速、灵活地调节无功功率、稳定电压和改善功率因数。
3总结
本文通过大规模风电并网对电力系统的影响进行分析，找出具有可实施性的措施。随着《可再生能源法》的颁布，风电在近几年发展迅猛，如何更好、更安全地利用风电，以最大效率将风电并网，有待进一步的研究和改善。
参考文献：
[1]张丽英等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报，2010，30，（25）：1-7.
[2]迟永宁等.大规模风电并网引起的电力系统运行于稳定问题及对策[J].电力设备，2008，9，（11）：16-19.
[3]戴慧珠等.风电场接入电力系统研究的新进展[J].电网技术，2007，31，（20）：16-23.
[4]王承煦，张源.风力发电[M].北京：中国电力出版社，2003.
（作者单位：国网山西省电力公司汾阳市供电公司）