风力发电对电网的影响研究

风力发电对电网的影响研究

易美君

新疆新能源研究院有限责任公司 新疆 乌鲁木齐 830026

摘要：风能是一种可再生能源，具有无限潜力和广泛分布的特点，而风力发电是利用风能驱动风力发电机组转动，进而驱动发电机产生电能的过程，其具有无污染、可再生、运行成本低等许多优点。然而，风力发电也存在一些缺点。风力发电的随机性和间歇性特点给电网的运行带来了诸多调整，包括电压波动、频率不稳、谐波污染等问题，这些问题对电网的稳定性和安全性造成了不小的影响。因此，研究风力发电对电网的影响，对于保障电网的正常运行和推动风力发电的健康发展具有重要意义。

关键词：风力发电；电网；影响

引言

随着世界环境和资源问题日益突出，保护生态环境已经成为全世界共同关注的话题。世界各国都开始致力于发展循环可利用的清洁能源，风能作为一种清洁、绿色、可大量存储的可再生能源，伴随着现代社会的发展，正在逐步增加其使用量，以缓解全球能源危机。中国拥有丰富的风能资源，是全球能源市场的重要参与者。20世纪70年代，我国开始大力发展风能产业，并建立了独创的、较为完善的风能产业体系。但是，在风力发电迅速发展的同时，风电项目厂建设和运营期潜在的风险也不断显现出来，若能及时识别这些风险并根据提出的政策建议改进完善，则能最大程度地降低风电厂的风险。

1风力发电机组概述

1.1运行原理

风力发电机组的运行原理是利用风力带动风车叶片转动，将风能转化为机械能，再通过传动转子将机械能转化为电能。风速达到3m/s时，即可带动风力发电机发电，在此过程中无须使用燃料，且不存在辐射或空气污染问题，因此，风力发电有广阔的发展前景。

1.2构成

风力发电机组主要由发电机、齿轮箱、塔架等组成，利用增速装置，将风轮的恒定转速传输给发电机，即可完成机械能与电能的转化过程。风轮包含若干个叶片，可以将风能直接转化为机械能[1]。在风力带动下，桨叶上形成的气动力可以推动风轮转动。桨叶通常采用玻璃钢或碳素纤维等复合材料，具有强度高、重量轻的特点。在风速大小、方向等因素变化的影响下，风轮转速很可能处于不稳定状态，因此，需要利用齿轮箱提升风轮转速，当转速达到标定转速后，还需要利用调速机保证风轮转速的稳定性，并驱动发电机。此外，在风轮后方安装尾舵，可以使风轮与风向相对应，以充分利用风能，提高发电效率。双轮结构作为一种新型结构，可以利用双轮之间的涡流力形成双轮效应。塔架主要用于支撑风轮、发电机等基础结构，塔架高度一般为6~20m，在搭建过程中需要考虑地面障碍物对风速变化造成的影响，确定风轮的直径，这也是保证风力均匀稳定的前提。

1.3控制系统

控制系统具有机组参数监控、设备保护、发电自动控制等功能，主要包括现场风力发电机控制单元、上位机操作员站等部分。其中，现场风力发电机控制单元以现场风力发电机控制装置为支撑，利用人机界面（human              machine              interface,HMI）可以完成风力发电机组现场运行、调试、维护等工作，借助以太网即可向上位机操作员站发送实时数据信息。上位机操作员站可以实时监测风力发电机的运行状态、参数变化等信息，实现对风力发电站内所有机组运行情况的远程监视、操控。

2风力发电对电网的影响

2.1对电网稳定性的影响

风力发电因其随机性和间歇性的特点，对电网的稳定性产生了不小的影响。具体来说，当风速突然变化时，风力发电的输出功率也会随之波动，这种快速的变化给电网带来了很大的冲击。同时，风力发电的并网过程也会影响电网的频率和电压的稳定性。

2.2对电网调度的影响

风力发电在接入电网时，由于缺少保护性状态运行，使得电网的运行状态与风力发电的输出功率和频率密切相关。当风力大小发生变化时，整个电力系统必须做出必要的调整，以保持系统的动态平衡。然而，风力发电的波动性导致用电质量和稳定性受到不同程度的影响。传统的电力调度可以根据用电需求和发电能力进行精确调度，但风力发电的输出功率却随风速变化的，难以精确预测，给电网的调度带来了很大的挑战。

2.3对电网设备的影响

风力发电过程中需要使用大量的电力电子设备，如变频器、逆变器等。这些设备在运行时会产生大量的谐波，从而对电网的电能质量产生不良影响。此外，风力发电设备的故障也可能导致电网的故障，给电网的稳定运行带来潜在风险。

2.4对可再生能源利用的影响

风力发电对可再生资源利用的影响是深远且积极的。首先，风力发电作为可再生能源的重要形式，其在全球能源结构中的占比日益增大，对可再生资源的利用起到了显著的推动作用，其广泛应用促进了可再生资源利用的多元化。其次，风力发电有助于缓解对有限自然资源的依赖。传统的化石能源发电方式依赖于煤炭、石油等有限资源，而风力发电则利用自然界中无穷无尽的风能进行发电。这种转变有助于减少对有限资源的开采和使用，从而有助于保护地球的自然环境。此外，风力发电还对推动可再生能源技术的创新和进步起到了重要作用。

3风力发电对电网的应对策略及建议

3.1提高电网的稳定性

为了应对风力发电对电网稳定性的影响，可以采取一些技术措施，如增加储能设备、使用先进的控制系统等。此外，在电网规划中也需要考虑到风力发电的影响，合理布局风电场，减小其对电网稳定性的影响。

3.2强化风力发电厂的日常监管工作

风电项目设备造价高、维修成本高，风电设备体积也较大，如果露天存放保管设备，则容易直接受到自然灾害的损坏。因此，需要风电管理单位提前做好预防保护措施，在日常维护保养的过程中时常派专人定期检查设备是否完好及正常运行。同时，重视核心部件的备件工作，建立备件管理制度，确保万一发生损失能够及时恢复，避免长时间停工，另外可以通过保险的方式转移给保险公司。

3.3加强施工安全意识

风电设备的主要设备都位于距地面数十米甚至上百米的高空，在高海拔和高强度的情况下工作对工人的人身安全构成重大威胁。可以通过加强安全意识培训、提高工人的技术水平以及购买责任保险或人身意外伤害保险来尽可能避免人身事故的发生，从而降低风险。风力发电厂也可以通过购买责任险或者购买其他人身险的方式保障工作人员的人身安全。

3.4优化电力电子设备

为了减小风力发电设备对电网的影响，可以采取一些措施，如优化电力电子设备的控制策略、增加滤波装置等。此外，也需要加强设备的维护和检修，确保设备的正常运行。

结束语

风力发电作为一种清洁、可持续的能源在全球范围内得到了广泛关注和大力推广。然而，风力发电的随机性和间歇性特点给电网带来了诸多影响，包括电压波动、频率不稳、谐波污染等问题给电网的安全稳定运行构成威胁。因此需要采取相应的应对策略和技术措施来降低这些影响，同时还需要加强管理和技术创新，促进多元化能源发展，以提高电网的稳定性和可靠性。在全球能源转型的大背景下推动可再生能源的可持续发展。总之，实现风力发电与电网运行协调发展，电源企业和电网企业要深入分析当前风电发展技术瓶颈与政策原因，把握风电发展的技术特点和政策导向，努力解决风力发电对电网调度、电能质量和电网安全稳定性的影响，确保风力发电企业和电网企业利益的最大化。

参考文献

[1]陈晓辉,刘聪,闫俊北.风电工程项目建设及运营管理分析[J].中国高新科技,2023(2):20-22.

[2]张晓瑛.风力和光伏发电技术接入电网的电压控制方法探析[J].光源与照明,2023,(12):80-82.

[3]陈文超,杜雯,王帅杰.风力发电对电力系统的影响研究[J].中国设备工程,2023,(11):135-137.