(中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司 河南郑州 450000)
摘要：能源是世界经济发展的重要基础，近些年来，随着世界范围内经济地飞速发展，人们需要消耗更多的不可再生资源。煤炭、石油和天然气等化石能源的大量开采、使用不仅带来了温室效应等环境问题，而且还面临着资源枯竭的问题。为解决能源问题及环境问题，世界各国在新能源领域积极探索，并取得了一定的进展。其中风能的利用发展迅速，风力发电以其成熟的技术，广泛的应用前景，良好的经济效益已经初具规模，成为世界各国最具发展前途和商业化发展的发电方式。
关键词：大规模；风电并网；电力系统；无功补偿
引言：
风能取之不尽、用之不竭，是最具环境效益、商业潜力的可再生能源之一。风力发电优势明显，比如装机容量增长空间大，有效减少空气污染和水污染。大规模推广风力发电可以为节能减排做出积极贡献。在新能源开发利用中，风力发电具有广阔的发展前景。
一、风能发电的特点
风能发电的特点是：a)风能的稳定性差｡风能属于过程性能源,是不可控的,具有随机性､间歇性､不稳定性的特点,风速和风向决定了风力发电机的发电状态以及出力的大小｡风能不能储存｡对于单机独立运行的风力发电机组,要保证不间断供电,必须配备相应的储能装置｡c)风电场的分布位置通常比较偏远｡我国的风电场多数集中在风能资源比较丰富的西北､华北和东北地区｡由于风能发电具有以上特点,使得风电的开发和利用较之水力发电困难得多｡风电的最大缺点是稳定性差,若风电系统所产生的电能直接并入电网,将影响局部电网运行的稳定性｡
二、加强大规模风电并网的电力系统无功补偿措施
1.改善稳定性的措施
传统的分组快速投切电容器组可对风电场进行无功补偿以改善系统电压的稳定性,但这种分组投切的电容器不能实现连续的电压调节,投切次数有限,动作也有一定的延时,因此对于风速的快速变化造成的电压波动是无能为力的｡静止无功补偿器(static var compensator,SVC)可以快速平滑地调节无功补偿功率的大小,提供动态的电压支撑,改善系统的运行性能｡将SVC安装在风电场的出口,根据风电场接人点的电压偏差量来控制SVC补偿的无功功率,能够稳定风电场节点电压,降低风电功率波动对电网电压的影响｡具有有功和无功功率综合调节能力的超导储能装置(super conducting magnetic energy storage system,SMES)代表了柔性交流输电系统(flexible AC transmision system,FACTS)的新技术方向,将SMES用于风力发电可实现对电压和频率的同时控制｡SMES能灵活地调节有功和无功功率,为系统提供功率补偿,跟踪电气量的波动｡在风电场出口安装SMES装置可充分利用其综合调节能力,降低风电场输出功率的波动,稳定风电场电压｡SMES是一种有源的补偿装置,与SVC相比,其无功功率补偿量对接入点电压的依赖程度小,在低电压时补偿效果更好｡
2.改善电能质量的措施
目前,大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置都具有抑制电压波动和闪变的功能｡如SVC､有源滤波器(active power filter,APF)､动态电压恢复器(dynamic voltage restorers,DVR)等｡电压闪变是电压波动的一种特殊反映,闪变的严重程度与负荷变化引起的电压变动相关,在高压或中压配电网中,电压波动主要与无功负荷的变化量及电网的短路容量有关｡在电网短路容量一定的情况下,电压闪变主要是由于无功负荷的剧烈变动所致｡因此,抑制电压闪变的最常用方法是安装静止无功补偿装置,目前这方面的技术已相当成熟｡APF的工作原理与传统的SVC完全不同,是采用现代电力电子技术和数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备｡它能生成与电网谐波电流幅值相等､极性相反的补偿电流并注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波｡DVR主要用于补偿输电网产生的电压跌落､闪变和谐波等｡它可在电源和敏感负载之间插入一个任意幅值和相位的电压｡当电源电压畸变时,改变DVR的电压,可达到稳定敏感负载电压的目的｡此外,并网风电机组公共连接点短路比和电网线路X/R值(X､R分别为线路的电抗与电阻)也是影响风电机组引起的电压波动和闪变的重要因素｡风电机组公共连接点短路比越大,其引起的电压波动和闪变越小｡合适的X/R值可使有功功率引起的电压波动被无功功率引起的电压波动所补偿,从而使整个平均闪变值有所减小｡研究表明,当线路X/R值很小时,并网风电机组引起的电压波动和闪变很大｡当线路X/R值对应的线路阻抗角为60｡-70｡时,并网风电机组引起的电压波动和闪变最小｡
3.风力发电场的规模问题
我国正在进行全国电网互联,电网规模日益增大｡对于接入电网的风电场,若其容量在电网总装机容量中占比例很小,风电功率的注入对电网频率影响甚微,不是制约风电场规模的主要问题｡然而,风能资源丰富的地区人口稀少,负荷量小,电网结构相对薄弱,风电功率的注入改变了电网的潮流分布,对局部电网的节点电压产生了较大影响｡由于风能的不可控性,风电机组是否处于发电状态以及出力的大小都取决于风速的状况,风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点｡目前,风力发电还无法准确预测,因此风电基本上是不可调度的｡从电网的角度看,并网运行的风电场相当于一个具有随机性的扰动源,对电网的可靠运行造成一定的影响｡因此,规划设计一个既有电网能够承受的最大风电注入功率,也是改善风电并网影响的重要环节｡
结语：
风力发电间歇性强、可控性差、机组种类多、出力预测难,大规模风电并网对电力系统的运行与稳定有着巨大的影响。本文以上就大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题进行了研究,并有针对性的提出一些解决策略,对促进风电并网的安全与稳定有一定帮助。
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