探究风力发电对电网的影响

探究风力发电对电网的影响

马俊英

大庆红骥风力发电有限公司黑龙江省大庆市163000

摘要：随着世界范围内的能源问题以及环境问题变得越来越严重，世界各国都在大力发展可再生能源。风力发电因为较容易开发，并且绿色环保，故此得到了世界各国的高度的重视，是当前发展最快的一种可再生资源。本文主要围绕风力发电对电网的影响进行简要的分析与研究。

关键词：风力发电；电网；影响

能源是推动社会进步和人类赖以生存的物质基础。目前全球能源消耗的速度逐年增加，大量的能源消耗，以带来很多的环境问题，如环境变暖、生态破坏、大气污染等，并且传统的化石能源储量有限，过度的开采利用将加速其消耗力度，在我国由于长期发电结构不合理，火电所占的比例过大，由此带来了日益严重的燃料资源的短缺和环境污染问题。对于可再生资源的开发和应用有着重大的前途。

在各种各样的可再生自然资源中，风能有很大潜力，风能在发电的技术上日益成熟，商业化应用的提高，是最具有大规模开发利用前景的可再生自然资源。经济方面，风力发电成本的不断下降，同时常规能源发电由于环保要求的增高，随着风力发电技术的成熟，风力发电的成本将有进一步降低。

当风电装机容量占总电网容量的比例较大时对输电网的安全和经济运行都会带来击。大风天气时风电出力增加，会造成严重的输电瓶颈。此外，大规模风力发电对系统小干扰稳定、频率稳定及电压稳定都有着不同程度的影响。

一、风力发电的原理和特点

风力发电的过程就是把风能经由机械能转换为电能的过程，风能转化为机械能的过程由风轮实现，机械能转化为电能的过程由风力发电机及其控制系统实现。风力进入发电系统后便作为发电系统的输入信号，通过风力控制器输出桨距角信号，调整机械转矩和输出功率。该机械功率接着被传输到发电机中，转化为电能后最终传输到电网中，完成了从风能到电能转化的全过程。风力发电的主要特点有：可再生清洁能源、建设周期短、装机规模灵活、可靠性高、造价低、运行维护简单、实际占地面积小、发电发电方式多样化、单机容量小。在整体电力行业当中，风力发电代替可不再生资源是改变能源结构的历史性进步。

三、风力发电对电网的影响

（一）电压闪变

常见的风力发电并网方式为软并网，尽管采用软并网方式，启动时所产生的冲击电流仍然没有明显的环节。如果风速过大，超出切出风速，则风机会推出额定出力状态。如果风场风机的运行动作相同，这种冲击会对整个电网产生巨大的影响。不仅如此，风速和塔影效应都会严重影响风机处理的稳定性，导致风机出力产生波动，从而带来电压闪变的问题，不仅影响输电质量，还在很大程度上影响电网的运行安全。

（二）谐波污染

产生谐波污染的原因有两种：一种是发电子自带电力电子装置，从而导致谐波问题。如果采用与电网直接相连的恒速风力发电机，则在软启动阶段，电网和电子装置相连，从而产生谐波，但是谐波的出现过程短暂，频率较低，所以影响不大。如果采用变速风力发电机，由于该发电机主要运用整流装置和逆变装置接入电网系统，所以电力电子装置的切换频率在谐波范围之内，从而导致十分严重的谐波问题。然而，电力电子器件在逐步创新与改进，谐波问题的影响正在不断减小。另一种污染原因是并联补偿电容器与线路电抗产生谐振。在风力发电实际运行的过程中，在风力发电厂出口位置，变压器的低压方向出现了大量谐波。虽然谐波问题比较常见，但是与电压闪变想必，谐波污染比较容易解决，且影响不大。

（三）电压稳定性

在大规模的风电场的范围内，电压波动相对较大，且波动频繁。产生这种问题的情况主要有三个方面：首先，机组启动的过程中会出现大量冲击电流，单台机组并网虽然不会产生较大的冲击，但是冲击时间相对较长；其次，如果采用多台机组并网，很有可能导致电压骤然下降，影响电网运行质量。所以，在使用多台发电机组进行并网时，一定要对发电机组进行分组，并且并网工作要有一定的时间间隔。如果风速过大或者产生故障，发电机组会自动推出并网状态，从而导致电压突降。如果机组数量较多，则电容补偿会导致脱网前的运行电压增加，从而使电压下降问题更加严重；最后，风速的变化也会影响电压稳定性，导致电压波动。如果平均风速加大，则有功功率会随之增加，母线电压就会先降低、再升高。这主要是由于，在输入功率小的情况下，电压升数值相对较小，从而引发的电压降大。如果风场输入功率加大，则电压升数值就会随之加大，电压降增加会相对较小。此外，考虑到电容补偿，电场电压也会增加。尤其是等值阻抗大的情况下，风速变动对电压的影响就会更加明显。研究表明，采用电力电子装置能够有效降低电压波动，提升电压稳定性。如，在并网的过程中，风电场机组端如果能够在瞬间无功，则启动电流会随之降低，电网受到的冲击也会变小。不仅如此，采用异步发电机时一定要采取恰当的防护措施，避免大面积的电压崩溃，从而严重影响电网的运行效率和运行质量。

（四）无功控制、有功调节

异步发电机是大规模风力发电场中的常见机组，在并网运行的过程中，这种机组需要吸收电网的无功功率，从而增加运行负担，导致小型电网的稳定性受到影响。所以，在匹配相应的电容器组是必不可少的，通过电容器组进行无功补偿，实现电网运行质量的改进与提升，并且减少无功功率的消耗，有效控制成本。由于控制环节的增加，该机组增加了许多有优点。如，能够对无功功率加以控制、可以完成有功和无功功率的解耦控制等等。该发电机能够对转子转速加以控制，也可以对力矩加以控制。不仅如此，变频器通过d轴分量实现有功功率的控制，以及转子侧与电网侧变频器之间的有功交换。

三、优化电力系统中风力发电的效果的具体措施

（一）完善对电厂的管理机制

在建立管理电力系统的体系时，就要有效建立一个比较权威且有序的管理机制，以此提高发电场的有效性，因此在建立过程中，要以分析的电力系统中的风力发电项目的规模作为标准和依据，有效落实电场中短路的容量比。并且在进行日常的管理的时候，为了保证电场运行的安全和稳定，还要对其管理机制进行不断的更新，使管理机制更加的系统化。

（二）对风力发电场电能的质量进行升级

要想有效升级电能的质量，就要对电网的结构进行改善，根据电网结构中连接的电源和负荷点，在一定程度上提高供电的可靠性，减少一些运行方式中比较复杂的步骤，并且发电项目的管理人员还有利用双向晶管的装置解决电能质量管理的问题，在一定程度上减少风力发电的并网对电网的冲击，限制冲击电流，减少所产生的不良反应。

（三）轻型直流输电与电网相连

轻型直流输电是以电压源的换流技术、绝缘栅双极晶管体等全控型的功率器件为基础的，轻型直流输电可以在一定程度上分散电源接入的地方，并且利用它灵活的调节电压的能力，有效缓解短路容量比对风力发电场容量的限制，在很大的程度上保证了电能的稳定性。

（四）积极利用无功补偿的技术

在风力发电场的出口安装一个动态的无功调节的装置或者安装一个有功无功综合调节的装置，都能有效改善风力发电系统运行中的性能。其中无功调节装置可以通过快速的平滑来调节无功补偿的功率，提供比较稳定的电压支撑，有效改善系统在运行时的性能，综合调节的装置不仅能够稳定风力发电场的节点的电压，还能够灵活的调节有功和无功的功率，对缺少的功率进行补偿，在一定程度上降低风力发电时的功率波动对电网的影响，有效稳定风力发电场的电压。

四、结语

随着我国经济建设速度的快速提升，风力发电逐渐受到我国的重视，并且对风电的建设进行了加强，在风电开发和利用上取得了一定的成就。而在进行风电并网的时候，还存在一些较为常见的问题，对电网的正常运行造成一定影响。所以在开展风电并网工作的过程中，还需要对其进行全面深入的研究，从而保证风电的正常发展。

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