董承阳
国网兰州供电公司 甘肃兰州 730070
摘要:伴随着我国经济的飞速发展，工业化生产水平越来越高，这极大地改善了大众生活水平，但同时也带来了诸多挑战。对于电力的需求越发增大，而电力最重要的产出方式是靠火力，这一方面会造成能源的紧缺，另一方面也会形成对环境的重大污染，打破生态平衡。大规模风电并网则可以解决这些问题，不但提供足够的电能保障电力需求获得满足，而且还可以降低对生态的污染与破坏。基于此本文展开对大规模风电并网引起的电力系统运行稳定问题分析，针对问题提出相关对策。
关键词：风电并网；电力系统运行；稳定问题；对策分析；
伴随着社会的发展和进步，全球电能缺口都演变的越来越大，而且全球性能源匮乏、环境破坏程度都愈来愈重，全球各个国家都应加大研究清洁可再生能源力度，促使其尽快应用到现实中。风力发电对环境生态的影响比较小，而且利用率颇高，具有低成本优势[1]，因此现实应用价值极大。最近几年也颇受欢迎。尤其在《可再生能源法》颁布之后，我国风电产业发展越来越迅捷，如今装机容量已经超过西方诸多国家，但风力发电应用的过程中也具有一定的不足，比如存在随机性、不可控性等，对电力系统的稳定运行会造成一定程度的负面影响。
1.大规模风电并网会对电力系统造成的影响分析
因为我国风能资源较为充裕的地区和负荷中心存在较大的距离，所以大规模的风力发电没办法就地消纳，必须要借助于输电网来进行远距离输送，直至送至负荷中心。风电场风电出力颇高时，风电功率远距离输送会使得线路压降变大，风电场无功需求、电线网路无功耗损也会因此变大，电网无功不够，局部区域的电压就会变得不稳定。而电网电压的稳定性也对装机容量造成制约，当电网规划和风电规划未达成统一一致时，电网对风电的接纳力会急速下降，风电场容量也会深受影响。
1.1调峰调频容量对电网运行的影响
风力发电体系中，大多数是不予以调峰对，接入电网是运用软并网手段。系统在启动运行后会造成较强的冲击电流。特别是风速大于切出风速时，风电机组会脱离额定处理状态，而大规模风电并网时，风电机组的脱离也会对电网形成不小的负面影响[2]。另外，风速变化、塔影效应也会使得风电机组出力不稳定，从而令电压出现闪变。尽管单台电机组对电网电压的影响不大，但也不是转瞬就消失的，大规模风电并网时影响会猛然加大，使得电网电压突然下降很多。风速变强时，系统输入的有功功率也会变大，风电场母线会呈现下降-提升的变动趋势，尤其当风电场、电力系统间等值抗阻较高时，变化影响更突出。
1.2无功电压对电网稳定运行的影响
当前，风力发电系统中使用的风力发电机类型多样，应用频率较高的有双馈异步风力发电机、直驱交流永磁同步发电机、异步风力发电机。最后一种是运用频率最高的。它是定速恒频机组，运转时转速保持不变，但风能转换状态却并非保持恒定，并网运行过程中因为要自电力系统中吸收大量的无功功率，所以大规模风电并网时，无功功率会非常大，从而加大电网无功负担，令电网电压出现失衡。
1.3电能质量对电网稳定运行的影响
风力发电系统当中，风电机组输出功率的波动特征非常明显。之所以出现波动问题，一方面是因为风速改变了，另一方面也有风电机组部分特性因素关系。风电系统造成的谐波污染，会使得电网电能质量大大下降。机组自身配有的各类电力电子装置，都会造成谐波污染。在恒速风力发电机和电网并联时，尽管软启动时会造成谐波污染，不过因为行程短次数少所以可以无视。可是变速风力发电机则不然，它因为要通过整流、逆变器才能接入电力系统，所以产生的谐波污染会较大[3]，而且影响也颇为严重。
2.大规模风电并网运行和稳定性问题的解决对策探究
2.1调峰调频问题方面
大规模风电并网会提高电力系统调峰调频难度，这意味着电力系统必须拥有较大的调频调峰容量。为了改善大规模风电并网形成的调峰调频问题，可以提升电网的调频调峰容量。现实运用时可从以下几方面进行解决。其一，升级电网电源结构，改变电网负荷平衡力，像减轻风电机组的占比数值，加大抽水蓄能、燃气机组的占比数值，针对那些新进接入的风电机组，可通过低负载率运行力来提高电力系统调频调峰容量[4]。其二，加大对风电场出力的预估，自根本上提升风电场出力状况的精确评测，规避由于大规模风电并网而造成电力系统调峰调频能力失衡问题。另外，还可加大对风电机组与其他发电机组的协调，提升风电机组的灵敏度，或者调节风电机组发电曲线、管控风电机组出力，以此来大大削弱系统的整体负担。
2.2无功电压问题方面
风电场出力善变不稳，需要考虑和解决无功电压问题，比如令电力系统的容性无功补偿增加来改善无功电压问题。一般来说，风电机组利用小时数并不高。机组超额负荷发电状况下，线路流会高过线路自然功率，促使线路耗损的无功功率激增。在改善这一状况时，要思虑到两类状况。无风条件下风电场送出系统载量较轻，输电线路充电功率也超过系统所需，这时可以采用感性无功补偿容量。而当系统出力加大，风电场送出系统载量较重时，则要采用容性无功补偿容量来解决。那些分散接入低压配电网的风电机组，为了确保其供电能力不受影响，必须要提升风电场低电压穿越力[5]。而那些借助于高压输电途径外送的风电场，倘若风电机组具备一定的低电压穿越力，那么在运行不稳时极有可能会导致系统总体的动荡，此时要尽快把风电场从系统当中解除，这样使其低电压穿越力减弱，从而缓解或者消除对电网电压造成的不稳定性。
2.3电能质量问题方面
大规模风电并网之所以会造成电力系统电能质量问题，是因为遭受风电场功率波动的影响。为了改善这一状况，可以使用轻型直流输电并入电力系统的方式，也就是电压源环流器技术。创建轻型直流输电系统，运用直流输电的优势来缓解分散电源接入造成的输电走廊问题，大大提高无功电压能力，提升电力系统电能质量，确保系统的稳定安全。另外也可以采用全新的机组，比如变速恒频电机，令风电场发电机组和常规机组可一同担负电压荷载，以此来削弱大规模风电并网对电力电能质量的不良影响。
2.4储能技术的运用
将储能运用到电力系统中，不管是对改善稳定性问题还是解决负荷波动问题，都一直是业界研究的一大重心。当前应用较为广泛的储能技术只有抽水蓄能。到去年年底，全球范围内抽水蓄能电站总装机容量大概有130gw，其他储能技术应用还停留在示范应用阶段。大规模风电并网造成的系统不稳问题，可通过储能来加以解决。比如系统调频、负荷追踪备用需求加大时，所采用的储能充放电周期必须把控在分钟-小时内，可使用镍镉电池、锂离子电池、铅酸电池等技术。
3、结语
当前社会电力需求大大增加，大规模风电并网是满足电力需求保证生态不受污染的一大方式，但其产生的电网运行不稳问题也需引起重视。因此我们要多方面分析，寻找问题所在，对症下药，找出相应的解决对策，从而推动电力使用的常态化健康化发展。
参考文献
[1]戴惠珠.风电场接入电力系统研究的新进展[J].电网技术.2018(02) :43- -46
[2]迟永宁.风电接入对电力系统的影响[J].电网技术.2019(08)57- -59
[3]西北电网有限公司.西北地区风电开发与利用研究[R].2019(14)
[4]郝正航，陈卓.大规模风电并网的研究现状和需要解决的关键问题[J].电气制造.2019(13)
[5]王宏，王秀江.中国大规模风电并网运行问题及应对策略[J].黑龙江电力.2019(5)
作者简介：董承阳（1991年7月---）男，甘肃定西人。兰州大学管理学硕士研究生，广西大学工学和管理学双学士。现就职于国网兰州供电公司，中级电力技术工程师，初级会计师，初级消防操作员。研究方向:营销管理、财务会计、电气工程。