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

康拥朝   ,王帅

内蒙古察哈尔新能源有限公司  内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗  011800

摘要：在绿色经济不断发展背景下，进一步加强新能源的研究与应用对推动社会经济发展有着重要意义。风力发电作为当今我国较为成熟的新能源产业之一，但由于风力发电并网会对电网电能质量造成影响，这就需要采用相应的措施环节二者间的矛盾，提高风力发电的应用范围，确保电网电流与电压的稳定性。基于此，本文通过对风力发电对电力系统的影响进行分析，结合具体的情况，提出一些合理的意见和建议，以期今后得到更好的应用。

关键词：风力发电；电力系统；影响

1.风力发电优化技术

        1.1电压波动与闪变的抑制技术

        供电网络结构、负荷特性以及电力系统短路容量大小是决定电压波动与闪变程度的重要因素。同时，频繁启动功率较大的电机也会给系统造成很大冲击。因而，抑制电压波动与闪变必然要从选择补偿装置、改善设备性能、提高供电能力等几方面来采取相应措施。一般可通过降压、加设斩波器、串接电阻等方式实现电动机启动特性的改善。通过如架设专用供电线路之类的供电方式的改造，可以有效降低电压波动和闪变问题的严重程度，但需从经济性角度衡量投资与效益的关系。采用快速无功功率补偿装置也能很好抑制电压波动和闪变。

        1.2电力谐波抑制技术

        随着越来越多敏感负荷对滤波效果要求的提高以及全控型功率器件技术的进步，有源电力滤波器开始受到人们的重视。有源电力滤波器相对于无源滤波器被动吸收固定谐波而言，其能动态产生与补偿谐波形状一致、相位相反的电流，以抵消非线性负荷产生的谐波电流，达到抑制谐波的目的。有源电力滤波器响应速度快，能实现动态跟踪补偿，滤波效果不受系统参数影响的特点，使其成为抑制电力谐波的良好选择。除此之外，电抗器、电容器等其他静止无功补偿装置也能对谐波起到较好的抑制效果[1]。

        1.3谐波

        恒速恒频风力发电系统在运行过程中没有电力电子元件参与，故没有谐波产生。软并网装置含有电力电子元件，当机组在工作状态时，将产生部分谐波电流，但因为时间很短可以忽略不计。变速恒频风力发电系统因要产生恒频电能，采用了大容量电力电子元件，给电网造成了严重的谐波污染，谐波干扰的程度取决于电力电子元件装置的整体设计结构及其安装的滤波装置性能，同时也与电网的短路容量有关。此外，当风力发电机的无功补偿装置与线路电抗产生谐振，对谐波会起到严重的放大作用。

2.风力发电对电力系统运行的影响分析

        2.1对电力系统稳定性的影响

        风力发电是对风能的利用，其本身就是具有较大的随意性与不可控制性。发电状态和所发电量基本取决于风速状况，而风速自身是非常不稳定的，由于风速度的间接性会对发电机组的稳定性带来影响，所以在一定程度上也给调控电力系统带来了难度。对于那些电网结构薄弱的地方而言，通过风能发电就很难保证用电的平衡，加上这些地区往往不具备良好的电源结构，最后导致了电网无法吸收消化这些风电资源。风电流入也会给电网的节点电压带来十分严重的影响。

        2.2对电力运行成本的影响

        风力发电受到风力的制约，风力的间歇性与随机性将会对风力发电系统的稳定性与安全性带来挑战。目前，风力发电技术比传统发电技术的竞争优势还是落后的。风力发电系统初建的高额设施投入，对技术的严格要求，系统运行时备用容量的加大都制约着风电系统成本的降低。随着当前科学技术水准不断提升，人们的生活水平也在不断的提升，在当前的发展趋势和发展背景之下，建筑施工项目的规模也在不断的增加，相对应的，对于风力发电技术也有着更高的标准。需要注意的是，相关风力发电项目是一个系统化的、复杂化的、技术性较高的工程项目，其中不仅包含有相关设备的操作和使用，同时对于设计也有着极高的标准。所以在风力发电技术应用过程当中很好的掌控技术的指导思想和基本宗旨对于后期的质量将产生巨大的影响。同时还应当明确风力发电对电力系统运行所产生的具体影响，以真正意义上实现风力发电技术的革新和发展，为更好的实现工作的改革奠定坚实基础。在风力发电技术应用过程当中不仅应当对相关电力系统技术等进行分析，同时还应当加强对技术的分析和总结，结合当前的现状提出相关意见，以促进工作的发展和改革。

3.风力发电对电力系统的影响解决方案

        3.1风力发电场的规模问题。

        3.1.1衡量风力发电规模的两个指标。国内外的风电权威和风电工程技术人员通常采用以下两个指标来描述电力系统中风力发电的规模，并且以此作为评价和计算分析的重要依据：风电穿透功率和风电场短路容量比。风电穿透：指的是风电场装机容量占系统的总负荷的比例。风电场穿透功率极限指系统所能接受的风电场最大容量和系统最大负荷的比值。统计数据表明，风电穿透功率达到15%是非常可行的。风电场短路容量比是对PCC的风电场容量pwind和电力系统的风电场连接点的定义系统的容量比。短路容量表示网络结构强度，短路容量、电气距离的节点和小系统的电源点关系密切。风电场接入点的容量反映了对风力发电注入功率的电流灵敏度。短路能力较强的风电场功率对系统容量的扰动比较小。对风电场容量比这一目标，美洲国家的经验数据是3.5%～5.0%，日本学者认为在10%以内的电路短路比是允许的[2]。

        3.1.2风电场最大注入功率的影响因素。最大注入功率的风电设备运行不仅取决于调节能力，与风电场也密切相关。影响风力发电的网络结构系统的主要因素是：风荷过载的能力、风电场与电网的连接方式、调节系统中的常规能力、风力发电机无功功率补偿的类型。为了提高风力发电系统，适当提高风电场无功补偿和X/R较小将有利于提高风电场的最大注入功率。电源电压的高低影响电力系统各节点的电压水平，从而影响风电机组的最大注入功率。考虑的可变因素包括有风电机组接入的系统的运行方式的变化、风电机组无功补偿的情况、风电场与系统联络线的电抗与电组之比（x/r）的大小等等。另外，对于大型并网风电场，其动态特性也是影响其最大注入功率的重要因素，这需要结合动态仿真另行分析[3]。

        3.2改善电能质量问题。

        3.2.1改善电网结构。按照联结电源和负荷点的电网形状，可分为环形和星形。“环形”：将同电压等级的线路或不同电压等级的线路共同组成一个“环”，优点是提高了供电的可靠性，缺点是运行方式复杂。“星形”：以电厂、变电站为“核心”向外辐射，其供电可靠性较差，但运行方式简单。一般是二者结合应用：大负荷周围或几个大负荷点组合周围采用环形，其它采用星形。按同一电网周波频率是否一致，可分为同步电网和异步电网。交流同步电网上的所有发电机以同一周波同步运行。异步电网则通过换流站和直流线路，或"背靠背"换流站联结，两侧可分别以不同的周波运行。按是否允许分散的最终用户向电网“反馈”电力，分为分布电源电网和集中、固定电源电网。分布电源电网主要是适应新能源开始广泛应用电的需求，美国和欧盟已经尝试立法[4]。

        3.2.2为了减缓风电场并网对电网的冲击，通常采用双向晶管（软启动）装置来解决。当风力涡轮发电机达到同步转速，发电机通过双向晶闸管装置并入到电力系统，电流控制双向可控硅的导通角反馈，双向晶闸管触发角从180°到0°逐渐开放，双向可控硅短路，降低冲击电流，采取这种启动方式，能限制风电场并网时冲击电流在1.0~1.6倍额定电流，使对电网的冲击大幅降低[5]。

4.结束语

        综上所述，发展新能源产业是推动我国绿色经济发展的重要举措。针对风力发电并网问题，由于基础层面上的限制，当今还有没一种完美的并网措施，但可以通过加强风场设计、加入补偿设备、增加短路比降低风力发电的影响。未来随着技术上的不断发展，风电并网将更加有效、安全，不断提高新能源的使用比例。

参考文献：

 [1]吕品.储能技术在现代电力系统中的应用研究[J].南方农机，2017，48（23）：82-83.

[2]伍广正.新能源在电力系统的发展及应用[J].低碳世界，2017（33）：109-110.

[3]郭朋杰.风力发电工程技术应用研究[J].通讯世界，2017（20）：119-120.

[4]杨思源，杨皓钦.风力发电系统建模研究[J].科技资讯，2017，15（29）：38-41.

[5]王再利.电力电子技术在电力系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（14）：235.