風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響探討

韓向明 王利軍

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟和國家對能源需求的不斷增加，我國風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展。但是風(fēng)力發(fā)電廠在提供大量的能源的同時(shí)，風(fēng)電并網(wǎng)帶來的隱患也逐漸明顯。對此，本文先就風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)做簡要介紹，在此基礎(chǔ)上，針對風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響及治理做一些闡述，希望對大家有所幫助。

關(guān)鍵詞 風(fēng)電并網(wǎng)；電力系統(tǒng)；影響

引言

風(fēng)能是新能源的一種，由于風(fēng)速和風(fēng)向是隨機(jī)變化的，所以風(fēng)電廠輸出的電量也是隨機(jī)的。因?yàn)轱L(fēng)能獨(dú)特的特點(diǎn)使得風(fēng)電廠的容量可信度降低，也會給電網(wǎng)在有功無功的調(diào)度方面造成很大的困擾。如果遇到特大風(fēng)或者特別惡劣的天氣環(huán)境時(shí)，為了保護(hù)風(fēng)電機(jī)組整體設(shè)備不受損害，風(fēng)機(jī)自動停機(jī)或工作人員進(jìn)行切機(jī)。因此，這些情況對風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性都會帶來很大的危害。

1 風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行的特點(diǎn)

隨著大型風(fēng)電場接入電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行，并入電網(wǎng)的風(fēng)電容量急劇增加，大型風(fēng)電場已然成為電力系統(tǒng)電源的重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)能源發(fā)電有所不同，現(xiàn)代大型風(fēng)電場發(fā)電具有以下幾方面特點(diǎn)：①無污染，可再生，投產(chǎn)快，運(yùn)行管理自動化程度高；②大型風(fēng)電場多建于風(fēng)能充足的“三北”地區(qū)，遠(yuǎn)離沿海負(fù)荷中心，具有大規(guī)模、集中化及遠(yuǎn)距離的特點(diǎn)；③風(fēng)電出力無規(guī)律且大小變化快，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性與間歇性，波動幅度大，波動頻率無規(guī)律，部分時(shí)段與電網(wǎng)負(fù)荷呈現(xiàn)明顯的反調(diào)節(jié)特性；④異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大量使用，會導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行過程中風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率大量吸收電網(wǎng)的無功功率，造成機(jī)端電壓波動大；⑤風(fēng)電功率的調(diào)節(jié)能力較差，若不采用棄風(fēng)運(yùn)行方式，只能進(jìn)行有限的功率調(diào)節(jié)，而由于機(jī)組的運(yùn)行特性和風(fēng)能的不確定性，風(fēng)力發(fā)電不具備常規(guī)火電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)能力[1]。

2 風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

2.1 電壓偏差問題

在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的過程中，雖然通過并聯(lián)電容器補(bǔ)償來調(diào)節(jié)電壓，但是由于電容器投切過程中，存在調(diào)節(jié)不平滑的問題，也就是說，電力系統(tǒng)的負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組的出力都是在不斷發(fā)生變化的，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也隨著運(yùn)行的方式變化而變化，這就引起了電力系統(tǒng)運(yùn)行功率不平衡，同時(shí)，這種調(diào)節(jié)是階梯性變化的，無法實(shí)現(xiàn)最佳的補(bǔ)償。這也就導(dǎo)致了無功功率的波動，從而最終引起電壓的偏差問題，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 電壓波動問題

風(fēng)電機(jī)在運(yùn)行的過程中，風(fēng)速的隨機(jī)變化引起了風(fēng)電機(jī)的輸出功率的波動，其有功無功電流隨之變化，風(fēng)電機(jī)產(chǎn)生的電壓波動也會增大，對電網(wǎng)的影響也相應(yīng)擴(kuò)大，另外，風(fēng)電機(jī)組的特性也造成風(fēng)電機(jī)組的輸出功率波動，比如當(dāng)在恒定的風(fēng)速條件下，變速機(jī)組以及恒速機(jī)組對于風(fēng)況的反應(yīng)情況是不同的，風(fēng)電機(jī)組的啟機(jī)和停機(jī)以及切換的過程中對于其機(jī)組的總輸出都是有一定影響的。同時(shí)，還有一些其他因素，比如搭影效應(yīng)、風(fēng)剪切、偏航誤差和風(fēng)剪切等，也會對電壓的波動產(chǎn)生一些影響，而且在機(jī)組切換等操作過程中，也會出現(xiàn)電壓波動。

2.3 三相電壓不平衡問題

在不平衡的風(fēng)電電網(wǎng)電壓的影響下，其發(fā)電機(jī)的內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子的電流、電壓的波形都已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化，其機(jī)端的電壓以及電流也發(fā)生了一定的變化，并且隨著電網(wǎng)的電壓不平衡程度的不斷增加，其輸出特性的波形波動的程度也在不斷增加，另外，對著其不平衡度的增加，風(fēng)機(jī)的輸出無功功率以及有功功率、定子側(cè)部分的有功功率以及無功功率的脈動幅度值也在不斷升高，因此這些原因?qū)﹄娋W(wǎng)的電能質(zhì)量造成了很大的影響。

2.4 風(fēng)電對電力系統(tǒng)諧波電壓的影響

電網(wǎng)電壓信號都是正弦波，并且電流信號也是同頻率線性的。但是當(dāng)與非線性元件一起使用時(shí)，元件就會出現(xiàn)非線性的電壓和電流屬于電壓電流畸變，這些發(fā)生畸變的電壓和電流通過并網(wǎng)被送到電力系統(tǒng)時(shí)就會對電網(wǎng)產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致諧波含量增多，電網(wǎng)質(zhì)量下降，所以必須采取必要措施以免對電力系統(tǒng)中其他電子元件造成危害，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[2]。

3 風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)影響的治理

一般來說，風(fēng)電場輸送電能的輸送距離極長，在滿出力的情況下，其自身的無功補(bǔ)償系統(tǒng)不能夠滿足所需的無功，所以其受風(fēng)速影響較大，從而對整個(gè)電網(wǎng)的電能質(zhì)量都產(chǎn)生了較大的影響，單純地靠投切電容器已經(jīng)不能夠滿足無功需求，所以還需要在風(fēng)電場的并網(wǎng)點(diǎn)處增加動態(tài)無功補(bǔ)償裝置來減小影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的治理。

現(xiàn)階段風(fēng)電場采用的無功補(bǔ)償裝置主要可以分為動態(tài)補(bǔ)償裝置和靜態(tài)補(bǔ)償裝置兩種，這兩種各具優(yōu)點(diǎn)，適用于不同的情況。前者具有穩(wěn)定的容量，適用于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的無功功率的補(bǔ)償，比如變壓器的運(yùn)行損耗，就可以通過在異步機(jī)的端口處并聯(lián)電容器來解決。后者的容量變化較大，一般用來補(bǔ)償風(fēng)速擾動或者發(fā)生故障時(shí)所吸收的無功功率。

在運(yùn)行過程中，異步機(jī)自身是不能夠進(jìn)行無功調(diào)節(jié)的，并且在發(fā)出有功功率時(shí)還要吸收無功功率來進(jìn)行勵磁。如果這個(gè)過程中發(fā)生了故障，那么需要吸收的無功功率就會更多。若發(fā)生故障或者擾動，則從系統(tǒng)吸收的無功功率更多。所以這就要求風(fēng)電場自身具有一定的無功調(diào)節(jié)能力，也就是說，需要在風(fēng)電場的并網(wǎng)點(diǎn)加裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，從而對風(fēng)電場變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，這一裝置必須足夠敏感，能夠監(jiān)測到風(fēng)電場無功需求的變化；必須能夠?qū)崿F(xiàn)快速的調(diào)節(jié)和平滑的過渡。從而在電場內(nèi)部實(shí)現(xiàn)無功功率的平衡，保證電網(wǎng)電能的質(zhì)量。

改善電網(wǎng)低電壓穿越能力主要有兩種方法，分別是改善控制方法與增加硬件電路。改善控制方法只能降低電網(wǎng)故障時(shí)的過剩電壓與電流，但是根據(jù)能量守恒定律這樣無法使過剩的電壓電流消耗掉，只能使之相對平衡。但是通過增加硬件電路就可從根本上解決了電網(wǎng)故障時(shí)的過剩電壓與電流問題[3]。

4 結(jié)束語

風(fēng)電在我國已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性問題還存在問題，本文研究了風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響并提出相應(yīng)的治理措施，為以后的研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 申健，張亮，王躍東，等.風(fēng)電場并網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響一種分析方法的探討[J].大眾用電，2017，（S1）：30-33.

[2] 祁永福，戴揚(yáng)宇，陳煌.風(fēng)電并網(wǎng)對海南電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)影響的研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017，46（12）：134-139.

[3] 聶永輝，王中杰，李江，等.大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流[J].太陽能學(xué)報(bào)，2017，38（11）：3180-3187.