王超
国家电投内蒙古公司霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司D厂 内蒙古自治区通辽市霍林郭勒 029200
摘要：目前，在国内的各种新能源的开发利用方面，风能发电的优势进一步彰显。首先由于风能发电在技术上得到长足发展，效率大大提高，从而使得风能利用的成本不断降低，经济效益提高。其次，在环境保护方面，风能是清洁无污染的能源，在发电过程中不会对周围的自然环境产生较大的影响，环保效益显著。但是，在实际的运用过程中，大规模风力发电与国家电网并网运行仍然存在很多技术问题，需要进一步研究。
关键词：风力发电；电力系统；影响；措施
1风力发电并网对电力系统的影响
1.1风力发电的规模设计问题
尽管近些年风力发电在国内迅速发展，但是总的发电规模以及装机容量与我国国家电网总的装机容量不构成显著的比例，并没有对电力系统构成什么重大的影响。但是由于我国风力资源的分布集中在西部地区，那里气候恶劣，地广人稀，用电负荷量本来就不高，一旦大规模进行风力发电的开发运行，就会对当地的电力系统产生较大的压力，这就导致对我国风力发电产生严重的制约因素。同时在另一方面，由于我国西部地区的风力发电，一般比较受制于气候条件的影响。尽管国内已经为风电场安装风功率预测系统，但是由于受到自然因素的影响比较大，电力生产无法得到有效保障，所以对于国家电网来说，无法形成有效地电力调配，这也导致对于当地的电力系统产生很多不确定的影响，构成安全隐患。这些因素就形成了对于风力发电规模的制约，需要进行科学的研究和分析，才能确保进一步扩大风力发电的规模。
1.2电压波动和闪变对发电质量的影响
风力发电最大的影响因素就是风力大小的不确定性，导致发电机组的运行过程中出现电压波动和闪变等问题，而电压的波动和闪变就会对电网电能质量产生较大影响，这就会对整个电网安全和效率构成威胁。同时，风电发电机组的启动、运行、关闭等操作也会产生电压的波动以及闪变等问题。另外，如果风电机组中的大功率电力电子器件设计不合理，就有可能对电网输入谐波电流，引发电压波的畸变，从而导致一系列的问题产生。因此，这些不稳定的电压以及闪变问题，并网后就会对整个电网的发电质量产生影响，不利于电网安全、稳定运行。
1.3对稳定性的影响
风力发电通常接入电网的末端，改变了配电网功率单向流动的特点，使潮流流向和分布发生改变，这在原有电网的规划和设计时是没有预先考虑的。因此，随着风电注入功率的增加，风电场附近局部电网的电压和联络线功率将会超出安全范围，严重时会导致电压崩溃。
由于采用异步发电机，风电系统在向电网注入功率的同时需要从电网吸收大量的无功功率。因此，为了补偿风电场的无功功率，每台风力发电机都配有功率因数校正装置，目前常用的是分组投切的并联电容器。电容器的无功补偿量的大小与接入点电压的平方成正比，当系统电压水平较低时，并联电容器的无功补偿量迅速下降，导致风电场对电网的无功需求上升，进一步恶化电压水平，严重时会造成电压崩溃。
1.4对保护装置的影响
为了减少风电机组的频繁投切对接触器的损害，在有风期间风电机组都保持与电网相连，当风速在起动风速附近变化时，允许风电机组短时电动机运行，因此风电场与电网之间联络线的功率流向有时是双向的。因此，风电场继电保护装置的配置和整定应充分考虑到这种运行方式。
异步发电机在发生近距离三相短路故障时不能提供持续的故障电流，在不对称故障时提供的短路电流也非常有限。因此风电场保护的技术困难是如何根据有限的故障电流来检测故障的发生，使保护装置准确而快速地动作。另一方面，尽管风力发电提供的故障电流非常有限，但也有可能会影响现有配电网络保护装置的正确运行，这在最初的配电网保护配置和整定时是没有考虑到的。
2风力发电对电网影响的解决措施
2.1风力发电规模的科学设计
为了有效解决风力发电规模的问题，需要采取相应的措施，解决面临的问题，目前国内外对于风力发电规模的研究，首先基本上依据风电穿透功率极限与风电场短路容量比这两个指标来判断风力发电规模的大小。在风电穿透功率极限这个概念中，需要注意风电穿透功率与风电场装机容量和系统总负荷有关，两者之间的比例就能确定风电穿透功率的大小，而风电穿透功率极限，就是风电穿透功率的最大值，反映出最大的风电场装机容量。在具体的分析过程中，西方国的一些统计数据，要求功率达到15%以上就可以建设风力发电设施。另外一个指标就是风电场短路容量比，其内容包括风电场额定容量与该风电场与电力系统的连接点的短路容量之比。其中短路容量主要表示网络结构强弱情况，当短路容量小就可以说明该节点与系统电源点的电气距离大，联系不紧密。风电场接入点的短路容量比大则表明系统承受风电扰动的能力弱，对于短路容量指标在欧洲需要达到4%左右，日本需要更宽松达到10%左右也是可以的。其次就是需要考虑风电场最大注入功率的影响，这就需要从风电场的运行特点以及其他设备的调节能力还有网络结构等因素来研究，提高接入系统的电压调整能力、增加无功补偿量和采用较小的联络线就提高最大注入功率。
2.2增强电能质量
为了有效提高风电系统并网后的电网供电质量，需要采取有效地措施改善电网结构。并网过后的连接点短路比和电网线路是影响风电系统电压和闪变的重要因素，其中公共连接点短路比与风电系统的电压波动以及闪变成反比，短路比越大，电压的波动和闪变就会越小。
对于风电场并网过程对电网造成的冲击，通常采用的是双向晶闸管控制的软启动（Soft-Start）装置。当风力机将发电机带到同步速附近时，发电机输出端断路器闭合，使发电机经一组双向晶闸管与电网连接，通过电流反馈对双向晶闸管导通角进行控制，使双向晶闸管的触发角由180o向0o逐渐打开，并网过程结束后，将双向晶闸管短接。通过采用这种软启动方式，可以将风电场并网时的冲击电流限制在1.2～1.5倍额定电流以内，得到一个比较平滑的并网过程。
2.3提高电网的稳定性
对于提升整个电网的稳定性，首先需要通过计算风速和负荷变化对风电场输出有功功率和无功功率影响，然后安装分组投切电容器，但是这种电容器不能对连续波动的电压进行有效调节，还需要安装静止无功补偿器，这种设备可以有效调节无功补偿功率的大小，并且针对连续性的电压波动，提供相应的电压支持，提升整个系统的性能稳定性。其次，还需要安装超导储能装置（SMES），这种装置能量密度高，而且可以快速吞吐有功功率。利用基于GTO的双桥结构换流装置，SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率，为系统功率不足的地方提供补偿。这样就可以降低输出功率的波动，使得电压得到稳定，提高了电网的稳定性。
2.4保护装置的设计
目前对于保护装置的设计，首先在安装方面都是从终端变电站安装和整定。其次在具体的过程中，主要是通过孤岛保护、低压保护等措施来对于发生故障的风电机组进行逐一排除，断开与电网的联系，等恢复正常以后，继续连接使用。最后，就是由于风力发电的规模越来越大，可能这种装置的功效的稳定性就会受到较大的影响，不一定能及时发挥作用。
结论
风力发电作为一种绿色能源有着改善能源结构，经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势，但风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力，还需进一步改善其并网性能，降低风电并网对电力系统的运行带来的负面影响。
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