浅析风电接入对电力系统的影响

浅析风电接入对电力系统的影响

徐泽文

大唐云南发电有限公司新能源分公司 650200

摘要：风力资源是清洁能源，在我国很多地区蕴含着丰富的风力资源。风力资源的开发利用，在保护自然环境的同时，为我国节省煤炭资源。我国大力开展大规模风电接入电网工程，最大化的利用风力资源，创造社会效益和经济效益。风力发电具有不可预测性、随机性、波动性，发电公司控制难度较大，导致供电的不稳定性。本文主要阐述了风电接入电网，对电力系统产生的不良影响，以及风电接入时电力系统面临的问题，作为风力发电工作者工作中的参考。

关键词：风电接入；电网；电力系统

大规模的风电接入电网工程，在实际操作中面临很多的困境，需要大量的资金投入购置新型风力发电设备，风力资源控制难度大，导致风力发电过程中的调峰难度，发电公司不具备充足的风力发电设备，风力发电机还存在老旧现象，基础设施跟不上。所以无论是技术上，还是资金上，或者是设备上，都是现阶段发电公司开展风电接入工程所面临的困扰。

一、电网工作中风电接入存在的问题

1、风电运行成本高

风力发电属于环保型发电，有效降低了碳排放量，减少火力发电中的煤炭使用量，风力发电控制难度大，具有不可预测性，由于我国风力资源分布零散，天气预测水平有限，不能精准的预测天气变化和风力变化，所以在进行风电接入电网时，需要购置一批风力发电机，才能保证风力发电的可持续性发展，购置新的风力发电机，提高发电功率的同时，升级改造发电公司的技术和设备，需要投入大量的资金，进行风电接入的电网工程建设。

2、增加了调峰难度

风力发电场将风力资源作为发电的动力，风力资源是随机产生的，导致风力发电的作业频率不稳定，呈现波动变化。在风电接入电网后，发电公司不能实时的去调整作业频率，导致供电电压的不稳定性。现阶段，发电公司调峰方式发展不够完善，形式比较单一；具有丰富风力资源的地区，还在延续火力发电的供电方式，由于风电容量所占比例较小，所以增加了电量调峰工作的难度，风力发电接入发展相对缓慢。

3、风电设施不够完善

风力发电对于设备的标准要求较高，现阶段，部分发电公司的风力发电设备数量和质量都不符合风力发电的标准和要求，直接影响到风力资源的开发和利用，阻碍调峰工作的开展，导致风电接入的工作效率相对落后，不利于风电行业的顺利发展，在国家大力号召下，进行大规模的风电接入电网，发电公司要投入大量的资金，购置先进的风力发电设备，促进大规模风电接入电网。

二、风电接入对电力系统的影响

风力发电的动力是风，自然界的风力是不控制和预测的，随机性很强，导致风力发电输出的电流极不稳定，电流间断性波动输出。发电公司常用的风力发电机有鼠笼型异步发电机和双馈型异步发电机组，发电机给电网输送有功功率，同时需要无功功率，建立电机磁场推动电机运行，有功功率和无功功率同时变化。发电公司逐步扩大风力发电的规模，风电的容量逐步增加，所占电网容量的比例逐步的提高，区域内的电力系统受到风电的影响也越来越大。下面主要介绍风电接入后对电力系统的影响：

1、影响电力系统的电网频率

风电容量占据电网容量的大小，将直接影响电网频率的大小，如果风电容量占比变大，电网的频率大小将由风电决定，电网频率不再是稳定的50Hz，而是风电波动的频率大小，供电频率将会影响发电公司的供电负荷，所以在风电接入电网时，要对供电区域内的电网承受能力进行充分的调查，通过专业的计算，评估风电和电网之间的适应性。

2、影响电力系统的电网电压

当风力发电场中的风力、风速、风向突然发生改变时，风力发电机会退出再投入运行，引起电网中电压的波动，如果风力发电容量所占比例较大，风力发电场中的电压波动较大，导致发电机多次掉线，引起电网中的电压不稳。风力发电机中的异步电动机，在工作过程中会发出谐波，在电子交换器的影响下，风力发电机还会发出大量的谐波。电网中电压和电流在谐波的影响下，引发了畸变，电网中的电压又被降低很多，解决的措施主要是在风力发电场中安装滤波设备，消除风力发电场中的谐波，防止畸变的发生。

3、影响电力系统的电压稳定性

在风力发电机上安装无功补偿装置，为风力发电机的感应电机提供励磁无功。风力发电机上一般需要配置固定电容器，在发电机满负荷运行时，需要一定的无功容量，电容器按照无功容量的大小进行输送，功率因数要保证超过0.95。而且固定电容器不能自动投切，需要人工操作，所以在应用时不能适应风力的变化，在风力变化的瞬间，电压波动较大，冲击电网。固定电容器输出的无功容量与风力发电机中的电压成正比，电压波动过大，致使电容输出的无功电容下降，导致发电机励磁无功的需求增加，电网的电压明显下降。所以无功补偿装置要进行合理的设计，现今，发电公司一般使用MCR型无功补偿装置，调整风力发电机的无功需求。

4、影响电力系统的继电保护

在风力发电场建设初期，投入的资金多，风力发电场小，很多的基础实施不够完善，风电容量所占电网容量的比例很小，不到1%，保护设置不到位，没有重视风力发电的继电保护。在国家的号召下，大规模的建设风力发电场，风电的容量比例已经超过了10%，继电保护措施也应该提高标准，保护设置不能按照以往的判断标准，依据电负荷进行判断，要依据风力发电场的实际状况进行判断，风力发电场的负荷多变，要从以下几点入手：

（1）继电保护装置

传统的供电保护装置比较单一，属于单向供电，风力发电属于双向供电，在风力发电时，风力发电机与电网连接，风力发电机为电网输出电流，电网给风力发电机也输入电流，电流双向输入输出。在风力发电机运行时，电流方向如果发生改变，继电保护装置出现错误的判断，出现跳开错误，导致风力发电机出现甩负荷故障。传统的继电保护装置比较简单，使用三段式电流速断的方法，没有对元件进行有效的保护，传统的保护装置无法满足现代风力发电场的接入需求。

（2）继电保护配置

现今，在风力发电场建设时，将升压变压器都进行接地处理，改变了风力发电机的零序保护，降低了继电保护的灵敏性，在风力发电场中安装备弱馈装置，确保风力发电场的安全稳定，成本很高，资金投入过大，由于后期的维护保养费用过高，部分风力发电场，保护装置配置不多，致使风力发电场出现拒动。

（3）短路故障

风电场在发生短路故障时，电流时有时无，断断续续，故障波形变化多样，不能及时的发现故障点，在故障点判断时，要从全局出发，及时的找到故障出处，防止故障的进一步扩大，及时采取隔离措施。如果风力发电场出现这种故障，首先要从风力发电场的继电保护装置入手，进行时间配合、定值上下级配合，从大局出发，找到故障点和故障电流。

结语：风力资源作为可再生资源，具有很大的开发利用价值，能有效缓解能源紧张的局面，有利于自然的生态平衡建设，缓解能源开发与自然环境之间的矛盾，但是风电接入技术还有一定的不足，进行大规模的风电接入时，随着风电容量所占电网容量比例的不断增加，影响程度也不断地加大，对电力系统造成很大的影响，需要对原有的继电保护装置进行改造，投入资金购置备弱馈装置、无功补偿装置、滤波设备等，升级改造风力发电场的基础设施，确保风力发电的稳定性和安全性。

参考文献：

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[]欧阳波,易灵芝,何巨龙,等.风电接入的电力系统电能质量扰动的检测与定位[J].电力系统保护与控制,2018,46(6):143-150.