風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

尹剛志 王晨光 孟繁榮

【摘要】風(fēng)電作為一種重要的新能源，若能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用對(duì)于解決當(dāng)前全球性的能源危機(jī)有著重要意義。風(fēng)電本身的波動(dòng)性和間隙性給風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)了很大的難度，本文將深入探究風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響，旨在為同行進(jìn)一步解決風(fēng)電的合理并網(wǎng)問(wèn)題提供一個(gè)有益的參考。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電并網(wǎng);風(fēng)電特性;電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

引言

保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是電能生產(chǎn)、運(yùn)輸和利用的基本要求。風(fēng)電作為一種新型能源，可控性較差，其本身的很多特性具有高度的隨機(jī)性，因此，風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響[1]，風(fēng)電并網(wǎng)已經(jīng)成為制約風(fēng)電發(fā)展的重要因素。

1.風(fēng)電特性

風(fēng)電特性是研究風(fēng)電并網(wǎng)的基礎(chǔ)。風(fēng)電特性主要包括波動(dòng)性和間歇性。波動(dòng)性，又稱脈動(dòng)性，是指風(fēng)電功率在時(shí)間尺度上具有沿某條均線不斷上下跳變的特性，其特性可以通過(guò)波動(dòng)幅值和波動(dòng)頻率表征。間歇性是指風(fēng)電功率在時(shí)間尺度上具有不連續(xù)性。風(fēng)電的這兩個(gè)特性具有高度的隨機(jī)性，從而是風(fēng)電的可控性較差。風(fēng)電功率的這些特性是由風(fēng)力本身決定的，如風(fēng)速，風(fēng)向等。

2.風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)使風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。本文認(rèn)為其主要影響包括以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)電壓穩(wěn)定的影響

由于風(fēng)電功率具有波動(dòng)性和間歇性，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)波動(dòng)和閃變。文獻(xiàn)[2]詳細(xì)研究了風(fēng)電功率的間歇性對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響，指出保證電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的速度增量進(jìn)行有效控制，對(duì)電壓穩(wěn)定性影響最大的區(qū)域分布在風(fēng)電場(chǎng)及其附近的節(jié)點(diǎn)區(qū)域。

（2）對(duì)頻率穩(wěn)定的影響

風(fēng)電的發(fā)電功率不穩(wěn)定，具有間歇性和波動(dòng)性，從而使其發(fā)電量也不穩(wěn)定，輸出功率不是恒定值。風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)其輸出有功功率就會(huì)波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的有功也發(fā)生變化，有功會(huì)影響電網(wǎng)的頻率。如果一個(gè)地區(qū)的風(fēng)電所占份額過(guò)大，某一時(shí)刻有功頻率變動(dòng)過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致頻率崩潰，甚至?xí)沟谜麄€(gè)電網(wǎng)癱瘓。

（3）對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響與風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)的運(yùn)行方式以及電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素都相關(guān)。文獻(xiàn)[3]采用EEAC理論，對(duì)FSIG，DFIG對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響開(kāi)展了較為深入的研究。研究結(jié)果表明，大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)改變電力系統(tǒng)的潮流分布，電力系統(tǒng)的暫態(tài)特性確實(shí)發(fā)生了變化，可能會(huì)降低系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，也可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有所改善。風(fēng)電接入的電壓等級(jí)越高，風(fēng)電的滲透率越大，其對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響就越明顯。

（4）對(duì)電力系統(tǒng)充裕性的影響

電力系統(tǒng)充裕性是指電力系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)元件額定容量、母線電壓和系統(tǒng)頻率都應(yīng)維持在允許范圍內(nèi)，滿足用戶需求功率和電量的能力。由于風(fēng)電具有間隙性和波動(dòng)性等隨機(jī)性特征，因此在其出力水平的預(yù)測(cè)上也帶了難度。傳統(tǒng)的充裕性評(píng)估方法需要進(jìn)一步改善才能滿足需要。文獻(xiàn)[4]研究了季節(jié)性風(fēng)速變化對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)電和輸電充裕性影響。

3.結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)電作為一種新型能源雖然在一定程度上解決了能源枯竭的問(wèn)題，但風(fēng)電并網(wǎng)依然有很多技術(shù)難題需要公關(guān)，對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃和穩(wěn)定運(yùn)行提出了新的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]石一輝，張毅威，閔勇，等.并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)有功功率控制研究綜述[J].中國(guó)電力，2010，43（6）：10-14.

[2]Maser I S，Garba A，Anaya-Lara O，et al.Voltage stability of transmission network with different penetration levels of wind generation.45th International Universities Power Engineering Conference，August 31-September 3，2010，Cardiff;U.K.：1-5.

[3]Yu Chen，Xue Yusheng，James G，et al.Impacts of large scale wind power on power system transient stability.Fourth International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies，July 6-9，2011，Weihai，China：1-7.

[4]GAO Y，Billinton R，Karki R.Composite generation and transmission system adequacy assessment considering wind energy seasonal characteristics.IEEE Power&Energy Society General Meeting，July 26-30，2009，Calgary，Canada：1-7.