刘健
巴里坤尚风新能源投资有限公司 新疆 839200
摘要：风能具有可再生、无污染等特点，在新能源领域具有巨大的发展潜力。随着风电装机容量在电网中所占比重的不断提高，大规模风电并网对电网的影响越来越严重。因此，根据风电场实际运行情况，分析大规模风电并网对电力系统的影响，并采取有效措施，这对电力系统的稳定安全运行具有重要的现实意义。本文详细论述了大规模风电并网对电力系统的影响及解决措施。
关键词：大规模风电并网；电力系统；影响；解决措施
风能作为一种清洁可再生能源，不仅是最具大规模开发利用的能源，也是最具竞争力的非常规能源。我国集中开发的大型风电场大多远离负荷中心，当地电网结构薄弱，吸纳风电的能力差，必须远距离输电；而且风能具有一定的间歇性及随机性，风电场出力随风速的变化而变化，其有功无功潮流经常发生变化，易发生电压失稳事故，若上述因素不能有效解决，将直接影响电网的安全稳定运行。
一、风能发电的特点
1、风能的稳定性差。风能属于过程性能源，不可控，具有随机性、间歇性、不稳定性特点，风速和风向决定了风力发电机的发电状态及出力大小。
2、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。
3、风电场的分布位置通常较偏远。我国的风电场多数集中在风能资源较丰富的西北、华北和东北地区。
二、大规模风电并网给电力系统的影响
1、调峰调频容量的影响。在风力发电系统中，基本无调峰现象，接入电网时多采用软并网方式，系统启动运行中，会产生较大的冲击电流。特别是当风速超过切出风速时，风机将从额定出力状态解列退出运行，大规模风电并网时，大量风电机组的解列将对电网造成巨大影响。另外，风速变化和塔影效应会引起风电机组出力波动，导致电网电压闪变。虽然单台风电机组对电网电压影响较小，但单机对电网电压的影响也需持续一段时间才能基本消失，而大规模风电并网造成的电压冲击往往会造成电网电压的骤降。当风速增大时，系统输入有功功率增大，风电场母线电压先降后升，此种现象在风电场与电力系统间等效阻抗较大时产生的电压波动更为明显。
2、无功电压的影响。当前，风力发电系统中使用的风机种类繁多，国内应用的主要有异步风力机、双馈异步风力机、直驱交流永磁同步发电机。异步风力发电机是我国应用最广泛的风力发电系统，其是一种定速恒频机组，其转速在运行中基本保持不变，但在机组运行时很难使风能转换保持在最佳状态，并网运行时需从电力系统中吸收大量的无功功率。大规模风电并网时，所需吸收的无功功率极其巨大，这将严重增加电网的无功负荷，导致电网电压失稳。
3、电能质量的影响。当前，电压波动及闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一。风资源的不确定性及风电机组的运行特性使风电机组的输出功率发生波动，可能影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动、闪变、谐波等。虽然大多数风电机组采用软并网方式，但启动时仍会产生5～6倍额定电流冲击电流，对于小容量电网，风电场并网瞬间电网电压会急剧下跌；正常运行时风速的变化也会导致风机出力波动，从而影响电能质量。
随着风速的增大，风电机组的电压波动及闪变也增大，风电机组公共连接点的短路比越大，其电压波动及闪变越小。当风速超过切出风速时，风机将自动退出额定出力状态，若风电场内所有风机几乎同时退出，这种冲击对配电网的影响非常明显。
与电压波动与闪变相比，风电并网带来的谐波问题不容忽视。风电并网产生谐波主要有两种方式：①风力发电机的电力电子控制装置本身会带来谐波问题。对直接接入电网的恒速风电机组，软启动阶段通过电力电子装置接入电网，会产生一定的谐波，但过程很短，可忽略不计。变速风机通过整流及逆变装置接入系统，若电力电子装置的切换频率正好在谐波产生的范围内，就会产生严重的谐波问题。②风电机组并联补偿电容器可能与线路电抗发生谐振。在实际运行中，风电场出口变压器低压侧曾检测到大量谐波。
三、大规模风电并网对电力系统影响的解决措施
1、解决调峰调频问题的措施。大规模的风电并网会对电力系统的调频调峰产生很大影响，对电力系统来说，会有较大的容量要求。针对这些问题，可对风电网的备用容量进行处理。当风电网出现问题时，一定程度上增加备用容量。在实际应用中，可尽量从多方面进行。目前，电网电源结构的调整会在一定程度上影响电网的负荷能力，可用风电阻占据的百分比来改变。抽水蓄能燃气在电网中的重要地位也要不断提高，应倾向于考虑在较低负荷下运行的能力。目前，电力系统的调频调频问题显得尤为重要。需进一步提高强化风电机组和其他发电机组间的互相配合，要从源头上提高其准确性，并调整电力系统的调频调峰。进一步加强风电机组与其他风电机组间的使用也非常重要，它可使其他风电机组和其他发电机组在切入、切出和出力上发生一定的变化。风力发电机组的灵活性有待进一步提高，目前风电机组的发电曲线需要调整。需对发电曲线速度进行调控，必要时还可就其中的电网速度进行调节。
2、解决无功电压问题的措施。风电场出力不稳定，为了解决无功电压问题，电力系统需更多的容性无功补偿。通常，风电机组的利用小时数很低，当机组满负荷发电时，线路潮流将超过线路自然功率，使线路消耗的无功功率迅速增加。为了解决这一问题，必须考虑两种不同情况，在无风状态下，风电场送出系统轻载，输电线路的充电功率远大于系统需求，此时需利用感性无功补偿容量。当系统出力增加时，整个风电场送出系统重载，此时需利用容性无功补偿容量进行补偿。对于分散接入低压配电网的风电机组，为保证故障时的供电能力，需提高风电场低电压穿越能力。对通过高压输电通道集中外送的风电场，若风电机组具有低电压穿越能力，在不稳定运行状态下很可能造成整个系统的稳定问题，应使风电场应尽快从系统中解列，因此可不具备低电压穿越能力。
3、解决电能质量问题的措施。大规模风电并网引起的电能质量问题主要受风电场功率波动的影响。为解决大规模风电并网带来的电能质量问题，可采用轻型直流输电并网方法，即采用电压源换流技术、门极可关断晶闸管和绝缘栅极昌体管构成基于PWM控制的VSC结构，构建轻型直流输电系统，利用直流输电优势，解决分散电源接入的输电走廊问题，提高无功和调压能力，改善交流系统的稳定性，提高电力系统的电能质量。另外，还可采用变速恒频电机、双馈电机等新一代机组，使风电场发电机组承担与常规机组相同的电压及无功控制任务，减少大规模风电并网对电力系统电能质量的负面影响。
总之，风力发电是21世纪重要的绿色能源，也是化石能源的重要替代能源之一。加快发展风力发电，是世界许多国家解决能源可持续利用的重要举措。随着我国政府对开发利用可再生能源的高度重视及《可再生能源法》的颁布实施，包括风力发电、生物质能发电、太阳能光伏发电在内的可再生能源发电在近年来得到了较快的发展。其中，风力发电作为技术最成熟、最具规模化开发和商业化发展的新能源发电方式之一，其发展速度居于各种可再生能源之首，我国风资源丰富地区的风电场建设也得到了快速发展。
参考文献：
[1]田云飞.大规模风电并网对电力系统的影响及应对措施[J].新能源发电控制技术，2016(03).
[2]李正远.大规模风电并网对电力系统的影响及应对措施[J].电网技术，2015(09).