风力发电对电力系统稳定的影响研究

风力发电对电力系统稳定的影响研究

李宪利

内蒙古察哈尔新能源有限公司 内蒙古  012000

摘要：当今世界能源问题日益严峻，世界各国都在寻求可再生能源，而风作为一种自然的可再生资源，受到了世界各国的广泛关注。尤其是我国，中国的人均能源资源拥有量在世界中处于较低的水平，因此节能任务艰巨，而我国幅员辽阔，山峦较多，风能资源相当丰富，在我国的节能开源政策下，研究人员对风力发电深入研究，各地风电基地的规划任务也在有序完成。但随着全国各地对风力发电的积极响应，风电基地接入电网的影响问题成为了我国迫在眉睫需要解决的问题，需要重点解决电力系统运行过程中存在的不稳定问题。

关键词：风力发电；电力系统；风电基地；接入电网

目前，我国主要依靠火力发电、水力发电、核能发电和风力发电四种发电方式，其中火力发电容易带来烟气、粉尘等环境问题，资源消耗问题严重；水力发电可能导致生态环境受到破坏；核能发电控制技术尚未成熟掌握；风力发电存在对电力系统运行过程造成不稳定的问题。为了造福人类后代，坚持走绿色可持续发展道路，风力发电的发电方式带来的环境污染问题最小，但是具有间歇性特点的风能，风力发电接入电网会造成系统的不稳定，因此我国仍重视对风力发电的深入探索和研究，本文主要研究风力发电对电力系统稳定的影响。

一、风力发电将如何影响电力系统

(一)影响风力发电系统整体规模

在我国可持续发展政策的指引下，风力发电作为绿色发电方式，已经成为我国电力系统的重要组成部分，由于风力发电应用趋势逐年递增，更加快了我国电力网络的发展壮大，促使电网规模进一步延伸。可是，详尽的探究我国风力资源分布，主要是地理位置和其他因素的限制，在风力资源丰富地区，电网分布不合理，整体规模较小，系统内硬件设备和相关技术使用存在诸多问题。也正是在风力发电环节，主要源动力由风速所决定，难预测性较强，限制了电网运行的稳定性。必须充分关注电网运行规模，提前知晓电网承受风电功率的能力，更好的解决风力发电实际问题，精准的完成数据预测，掌握可能对发电系统规模层面产生的影响。

(二)不利于电能质量提升

探究风力资源具有的特征，表现出较强的不确定性。发电设备运行时，会相应的影响电网电能质量，并造成电力波动系数发生变化。具体分析电能质量产生影响的核心要素，就是在实际的发电阶段，风力系数大幅度提升，电网中风电机组实际运行环节，电压并不稳定。如果不能精准的完成风电机组设计，电力控制设备并不能发挥积极效用，导致电网中电流被分流，电路中电压不稳定，对电能质量产生约束。

(三)限制电网整体的稳定性

大多数情况下，在电网末端的风电机组运行状态的不确定性更为突出，会对配电网的潮流和分布产生影响。在电网初期的规划环节，不能对该情形展开充分的思考，存在设计层面的工作缺失，所以，在风电机组实际应用环节，当注入功率提升，配电网电压相应增大，超出限制额度，联络线内的功率超出安全数值。如情形异常严重，造成电压崩溃的局势。如果风力机使用类型为异步发电机，发电状态下的风力机通过功率输出，电网接受并反向输送无功功率。所以，为尽可能的降低发电机接受的无功功率，需注重风电场在建设规划阶段，相应的完成辅助设施配置，增加功率补偿装置和并联电容器组等。针对于异步发电机，具有功率恢复的特性，如果电网出现短路，不能及时排除故障位置，就会出现暂时性的电压失稳情形。由于风电场建设规模的不断增大，电力系统表现出全新应用特点，当风电不稳定输出时，电网会受到明显的消极影响，稍有不慎就可能造成电网崩溃瓦解。

(四)增加电力调度工作难度

电源具有较高的可靠性，能够精确的完成负荷预测，所以，能够确保发电计划制定和执行的合理性。只有当风电负荷扩张至一定额度，传统调度方式的应用，不利于电网调峰，导致了极大的工作困难。如若不能充分利用风力发电机组的功率自动调节特性，忽视了其功率预测能力，工程实用性受到制约，特别是在大容量风电场中，接入电网的工作难度很大。也就是说，随着风电资源的优先消费认知，加大了电力调度部门的工作难度。

二、如何改善风力发电产生的负面影响

(一)进一步提升电能质量

首先，全面了解电网结构，相应的展开工作调整，确保电网结构被合理划分。依据电源和负荷点相连接的特征，相应的划分电网形状，按照星形和环形两种状态，科学的完成相关工作。也可以将电网形状进行结合，星形电网的应用类型比较普遍。细致的完成电网周波频率分析，相应的区分为同步电网和异步电网两类。同步的交流电网中，全部发电机需要结合同一周波予以运行，而异步电网在直流线路的管理下，需要经过不同的周波。在双向晶管装置选择方面，尽可能的降低电场并网的冲击效果，风力涡轮发电机同步预装，予以该装置的科学应用，更好的并入电力系统内，通过电流完成双向硅导通角调整工作，按照相应的运行步骤，合理的缩减电流，设定数值完成电流约束，控制电网遭受的冲击力幅度。

（二）充分关注风力发电规模指标

具体在分析发达国家的风力发电技术阶段，判定电力系统中风力发电规模的基本条件就是测定风电穿透功率，了解风电场短路容量指标，更加科学合理的做出工作管理。对于电力系统，风电穿透功率需要超过技术指标所允许的最大值，此时电力系统内最大负荷比例超过10%，认定风电穿透功率是合理的。因此，为确保电力系统得以稳步运行，应严格监督指标系数，控制在允许的范围内。

（三）逐步优化整体电网结构

探究风力发电电力系统，从根本上关注风电场冲击系数，防止电流场受到冲击影响，可以预先完成电容器组的数值计算，针对于风速和风力变化，更好的完成电厂发电功率分组。通过合理的方式应用，控制电容器电压，引入静态的无功率补偿器，加快电力系统调节速度，实现电力系统内风电功率的高效补偿，更好的维持电力系统的运行稳定性，不仅能够保障电压的平稳，更有利于缓和风电功率变化所产生的工作制约。

（四）协调电力系统保护装置

进一步提升电力系统保护工作的有效性，要求风力发电可以无故障运行在电力网络中，相应的完成电力系统保护装置调整，科学的做出工作优化。现阶段，我国应用的保护方案中，效果最显著的就是在电力终端变电站增添保护装置。相应的完成电力网络的保护，尽可能的规避发电环节的网络故障情况，当系统遇到故障，采用孤立保护或降低电压的方式，切断风电场与电力系统之间的连接。直至排除故障后，可以自动的恢复原有连接，提升对整体电力系统的保护效果，提高电网运行的可靠性。

（五）优化风力发电厂规模

预先知晓风力发电规模指标，其中穿透功率极限具有重要应用价值。当电力系统中风电场装机容量超过总容量限定值后，表明该系统不能再承受更多的风电资源。依据国际标准，要求穿透功率超出10%才为合理。而电路容量则表现为网络构造的强弱程度，容量越大，电气距离减小，链接更密切。接入点短路容量指标是风电注入功率的灵敏程度，结合短路容量指标，整体控制在10%的额度标准内。风电场中最大注入功率由自身运转特点决定，相应的系统设备也会予以调节，并接受电网构造的限制。根据电网的链接方式和机组类型都会在风电场实际运行中产生影响。

总结

综上所述，为了保障风力发电系统的正常运行，确保风力发电系统向电力系统持续输送高质量且稳定的电能，工作人员需要结合当地自然环境以及现有条件，因地制宜，建造合适规模的风电场地。同时做好风险预估工作，包括可能发生的无法预估的事故，以及相应的解决措施，确保电力系统的正常运行。风能作为一种可再生的自然资源，我国应该持续发展风力发电技术，从而解决现有电网结构脆弱、风力发电系统较为单一的问题。

参考文献：

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作者简介：

李宪利（1985—），辽宁朝阳人，工程师，本科，电气工程及其自动化，现从事风电场电气管理工作。