风力发电对电力系统的影响研究

风力发电对电力系统的影响研究

李永财

天津明阳风电设备有限公司，天津　 300450

摘要：我国在可持续发展道路上，着重开发可再生资源是满足当前电力需求供应的主要渠道，风力发电便是其中之一。依据风力发电控制系统工作原理，风速大小的变化，对产电量具有一定影响，随着风速的增加，产电量逐渐增多。虽然风速增加，对产电量的提升有所帮助，但是对电力系统的稳定运行是否会造成影响尚未明确，本文将对此展开研究。

关键词：风力发电；电力系统；影响

风电系统的稳定性和安全性是一个系统的、整体的、综合的问题，不是单纯靠技术解决，需要多方合作，协同配合。基于此，将进行风电接入对电网继电保护的影响分析研究，并且探讨大规模风电基地接入电网系统的继电问题改善方法。

1变速风力发电机结构

变速风力发电机结构中的转子相当于缓冲器，风速与发电量之间并不存在直接联系，而是通过相关参数分析与计算，获取两者之间的关系。图1所示为变速风力发电机结构图。

图1变速风力发电机结构图

2电力系统频率研究

2.1稳定风电网频率的必要性

长久以来，我们国家在电力系统相关的科研项目中，主要是从电压与功率等几个方面作为研究的重心，而对于系统中同样处于重点地位的频率稳定方面却未加重视。社会在日新月异地发展，科技也在不断进步，电力系统承受的压力也与日俱增，随之而来的是电力系统的频率越来越不稳定，经常出现跳频的现象，极大地影响了城市电力系统，许多安全问题也逐渐浮出水面，就像一颗不定时炸弹，随时威胁着城市的发展，所以，对于当今风电网电力系统的频率问题，我们应该加以重视，并作为重点来进行研究。一般来说，研究方法分为动态与静态两种，但是在频率问题上，动态研究方法研究过程缓慢，解决不了燃眉之急，不能很好地应用到现实中，因此我们可以从静态的方向去进行研究，静态的计算方法主要有两种，一种是快速评估法，还有一种是直接法，两种方法都可以很好地分析系统频率稳定性，并能满足现实需求。

2.2研究风电网系统频率的意义

相比较现有的其他两种发电方式，风力发电不如水力以及火力发电稳定，主要是风力的大小不可控，因此电力的强弱差距较大，输出的电力功率很不稳定，不能顺利地达到预期效果。但是随着社会与科技的发展，风力发电体系在我国已经进入了发展期，随着风力发电机的增多，慢慢地形成了一定规模、一定数量的风力发电网，并逐渐进入到我国先进电网系统的研究与建设中去，这在很大程度上决定了，我们必须重视风力发电系统的功率，以及运行中的稳定性，值得我们深入研究。在目前的电力系统中，为了能够平稳地运行电力系统，我们可以看到，风流发电场实际上是存在的较大的干扰发生源，对电力系统的稳定性有着不可忽视的影响。因此，我们要想能够提高风力发电的工作效率以及功率稳定性，为了进一步挖掘风力资源，我们必须对风电机并网后的电力系统频率进行研究分析，以寻求最大化利用资源。

3风电机组对电力系统的影响研究

本文以系统电压和系统损耗两个参数为例，探究风电机组对电力系统的影响。此次研究选取风速作为变量，通过改变风速大小，测量并计算系统电压、输出功率、无功功率、系统总功率、系统损耗、风机机组出力、损耗率等参数，为系统影响分析提供数据支撑。

3.1测试系统结构设计

本文以33节点电网系统为例，分析风电机组接入系统后对系统运行情况造成的影响，图2为节点系统结构布设图。图2中安装4个变压器，记为T1、T2、T3、T4，额定参数值为12.66/0.69kV、1.2MVA，按照如图2所示方案布设于33个节点中，并将变速风力发电机安装于A-1和A-2所示位置，通过调节风速大小，计算各项参数，判断系统电压和功率损耗变化情况，掌握风速与电力系统之间的关系。

图2节点系统结构布设图

3.2风速类型设计

为深入探究电力系统受风电机组的影响，本次实验研究设定4种风速类型，通过改变风速类型，判断风电机组在电力系统作用力中的变化大小，从而判断电力系统作业所受影响。类型1：将机组风速设置为切入风速，该风速模式中的风电机组未进入作业状态，测得机组作用力为零。类型2：将风机风速设置为低风速，该风速模式中的风电机组处于特定值情况下的作业状态，此时参数Qf=0，测得系统中的负荷量为基本负荷。类型3：将风机风速设置为高风速，该风速模式中的风电机组同样处于特定值情况下的作业状态，此时参数Qf=0，测得系统中的负荷量为基本负荷。类型4：该风速类型与类型3相似，但是系统负荷量偏低，仅占据基本负荷的30%。其中，类型1中的风机未投入运行，其他3种类型风机风速处于额定风速与切入风速数值之间。

3.3不同类型风速下的电力系统影响研究

3.3.1电力系统电压

分别测试以上4种类型风速模式下的系统电压、输出功率P，无功功率Q，通过观察测试结果，分析风速对电力系统运行的影响。

4种风速模式下的电力系统作业过程中的无功功率均为0，随着风速的增加，输出功率和电压数值逐渐增加。因此，风机作业风速的大小，对电力系统输出功率和电压具有一定影响，且存在正相关关系。另外，类型3和类型4两种情况，基本负荷量不同时，输出功率相同，但是电压值存在差异，随着基本负荷的减少，电压值有所提升。所以，在风机风速不变情况下，改变基本负荷，对电力系统工作电压也有一定影响，且存在负相关关系。

3.3.2系统损耗

本文以系统损耗作为整个电力系统受风机影响的分析指标，通过观察系统总功率、系统损耗、风机机组出力数值变化情况，计算系统损耗大小，得出相应结论。

3.4其他影响

（1）和传统意义上的通过单一用户供电方式不同，风力发电组在有风的过程发电均与电网的实际情况有关，风力发电中产生的电流是双向的，该电流有可能来源于电网系统，也有可能来源于风力发电厂。尤其是风力发电机组在开始运行时，该过程中若变化电流与电压的流向，极易引起继电保护装置反馈错误，进而使得系统负荷错误，导致风力发电机故障。传统意义上电网继电保护装置设计简单，大多使用三段式电流保护，中间缺少方向保护元件，故传统意义上的继电保护装置无法满足风力发电厂对风电场容量提升的要求。

（2）影响继电保护的装置。在风力发电厂电网系统的实际运行过程中，系统将场内升压变压器进行接地处理，引发零序保护装置变化，最终使继电保护装置的灵敏度下降。

（3）通过对现阶段风力发电厂实际运行过程中的短路现象进行分析得出，系统在发生短路时，故障电流是断续的，且无法准确地定位故障点。因此，当系统出现故障时，需根据系统发生故障的实际情况从整体与局部出发准确定位故障点，进行故障隔离，避免故障事故扩大。当系统出现故障时，可对整个系统进行继电保护，同时结合系统实际情况，从整体到局部分析问题解决问题。

结语

我们可以看到，在我国未来相当长一段时间内，在电力发展行业，风力发电系统作为主流发电系统，承载着无污染、纯天然的使命，必定会领先于其他发电系统及其产业。电力系统是我国所有产业发展的重要基础产业，所有产业的发展都离不开电力系统的支撑。所以，为了我国社会科技的强有力的发展，风力发电一定要作为重中之重去研究。

参考文献

[1]张坤亚.风电并网的电力系统经济调度研究综述[J].机电信息，2016（27）：40~41.

[2]任磊，高延涛.浅谈含风电场的电力系统经济调度[J].现代制造，2017（18）：172~173.