焦哲
国家电投内蒙古新能源有限公司 内蒙古 010000
【摘要】风能作为绿色新能源之一，已成为我国最重要的绿色新能源。新能源的使用和运行对我国电网的电能质量也有着直接而较大的影响。本文将对风电新能源运行对我国电网电能质量的影响进行简单研究。
【关键词】风电新能源；电能质量；影响
目前，我国新能源发电系统对电网电能质量仍有一定影响，严重威胁到电力系统的正常运行。为保证新能源发电系统并网，促进我国电力系统稳定发展，有关技术部门和人员应不断研究完善相关技术标准，使公众拥有安全稳定的电力资源。
一、我国风电新能源的开发情况及其运行特点
1.我国风电新能源的开发情况
过去，燃煤发电一直是我国的主要动力来源，但随着人们对绿色新能源的日益重视，各国开始寻找新能源替代传统的一次能源。根据相关调查报告，截至2010年底，我国风电场802个，风电机组3.24万台，装机容量4146万千瓦，并网发电3828万千瓦，并网运行3111万千瓦。随着中国风电新能源投资的不断加大，中国风电装机容量已由2009年的世界第三位跃居2011年的世界第一位。这一现象充分表明，我国风电新能源发展规模已达到新的水平。在风电场建设中，选址的首要条件是选择有“风”能的地点，如内蒙古、河北、辽宁、甘肃、吉林等地。这些省市成为我国风电新能源运营的投资热点。但唯一的缺点是，中国风电场的位置相对偏远。这主要是由于我国风资源分布远离负荷中心，使得电网输电的电网结构更加脆弱，使得风电并网的电网输电能力在一定程度上受到限制。
因此，在我国大规模发展风电新能源的情况下，还需要根据我国发展的实际情况，建设配套的风电输电结构和相关工程项目，加强和完善风电新能源的电网建设。
2.新能源并网发电的特点
新能源发电对环境保护和解决传统能源短缺问题具有非常积极的意义，但与现有能源发电相比，新能源本身具有一些间歇性的特点。例如，如果风能和太阳能利用风能和太阳能作为风力发电的主要能源，那么风力发电设备对风能和太阳能的需求就很大。由于在特殊季节或天气缺乏光或风电，发电设备不能充分运行，不能产生大量通过公共电网输送的电能。
二、风电新能源运行对我国电网电能质量的影响
虽然风电新能源的运行不能被人有效控制，但事实上，风电新能源的运行对我国电网的电能质量有着很大的影响，这给我国电网的安全运行带来了新的挑战和机遇
1.电网调峰调频压力大大增加
一般来说，为保证电网运行的安全稳定，当电网处于最低工况时，仍需保证电网中部分机组正常运行。传统的燃煤机组最小出力效率约为额定出力的40%。目前，我国电网的控制方式是在大机组不能停机的极端条件下，电网处于最小工作负荷，风电机组处于最大出力，电网内燃煤机组最小出力加外电之和应小于电网最小工作负荷。然而，由于风电电网的抗调峰特性，冬季夜间电网往往处于低负荷工作状态，夜间大风使风电机组出力迅速增加。特别是北方地区，冬季70%以上的火电机组需要承担供热任务，电网调峰能力下降，调峰能力不足。
在我国北方地区，冬季是电网调峰最困难的时期。这主要是因为北方城市冬季有一个取暖期，使得风电机组的出力变得相对较高。此时，为了保证我国北方城市的正常供热，电网中所有的风电机组都需要运行，供热机组的最小出力已经降到了火电机组的最小出力。风力发电的间歇性和波动性要求电网必须有足够的调峰能力来平衡风力发电引起的出力波动。但冬季负荷峰谷差最大，随着供热负荷的增加，电力系统的预留调节裕度逐渐减小，导致整个电力系统没有足够的调峰能力来平衡大风时的风电输出，电网接受风电的能力大大降低。
2.电压控制难度提高
由于风电机组在发电过程中的不确定性和不可控性，一些地区的大型风电机组系统存在着母线电压超限、电网电压波动或闪变等问题。大型风电机组并网后，往往会出现风电出力的大波动，导致电网输电通道上500kV枢纽节点电压波动，直接影响当地电网的电压控制和安全运行。同时，风力发电的随机性会导致电网传输通道中心点电压波动增大，导致中心点电压越限概率增大。这种影响的程度与中心点电压和风电场之间的距离有关。当中心点电压越接近风电场接入点时，影响越明显。
3.电网安全稳定运行风险增加
风力机属于低速发电技术，当风速发生变化时，风力机的转速也会发生变化。因此，为了满足当地对电力系统频率和电网电能质量的要求，风电机组的总体设计将采用变频器和变频发电技术。如果风电机组的变流器装置没有专门的发电设计，当设计的电力系统电压波动时，风电机组将自动与电网断开，这将打破电力供需平衡，给系统的运行带来一定的风险。然而，当风电机组在当地电力系统中所占比例很小时，风电机组自动解列问题对电力系统影响不大。相反，当风电机组在电力系统中占有很大比重时，自动断开问题会对电力系统的正常运行产生很大影响。例如，中国酒泉发生了一起“停电”事故。事故造成酒泉附近16个风电场598台风电机组停运，损失84万千瓦，占事故前酒泉风电出力的一半以上。
三、应对新能源发电并网对电网电能质量影响的措施
1.针对波动性和间歇性的解决措施
波动和间歇是由自然因素引起的，自然因素不能控制自然条件，但可以控制设备。首先，对于发电并网的新能源设备，可以具备既定的并网技术性能。二是提高电网调峰能力，提高电网对波动和间歇性问题的接受能力。当然，在新能源发电系统中，装置必须具有有功功率调节和无功功率调节功能。最后，风能和太阳能发电厂容易出现无功连续运行的损失，因此新能源发电设备必须具备无功补偿功能。
2.完善技术标准与规范
新能源具有环保、可再生等优点，近年来得到了广泛的应用。新能源发电涉及更多的技术领域，新能源发电系统的连接更为复杂，在实际应用中还存在一些问题。要不断加强新能源并网研究，不断完善新能源并网技术标准，开展新能源并网研究，减少并网对电力系统电能质量的不利影响。同时，要学习电力信息通信技术等先进技术，做好电力系统智能化管理，及时监测并网对电网运行的影响，不断优化新能源并网技术，降低谐波和电压波动对电力系统的危害，保证新能源发电产业的可持续发展。
3.统一并网标准
目前，我国新能源并网标准还不完善，也不能完全把握电力系统稳定和新能源电网发展对电能质量的影响。另外，电网调度和影响电网的因素也不能得到合理的解释。因此，有必要完善风电和太阳能相关设备，补充逆变器和控制器，加强技术研究，尽快提出目标解决方案，进而统一并网标准。
4.谐波问题的处理
谐波是发电相关设备、线路或电容器中可能存在谐波的许多电子设备对电网系统造成的更大、更常见的影响之一。然而，谐波问题基本上是可控的。为了消除风电场系统中的谐波问题，需要连接各种风电机组设备，安装相应的谐波滤波设施，必要时充分控制电网系统的谐波情况，并使用无功补偿设施。
结束语
新能源的开发与利用符合当代社会发展的主题，被人们所广泛接受，新能源发电技术还是存在漏洞，需要日益完善，想必在不久将来，新能源发电会完全取代传统发电模式。国家在并网标准方面也许严格控制，严格保障并网后电网电能的质量。
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