风电新能源运行对电网电能质量的影响

风电新能源运行对电网电能质量的影响

陈加良

国网莆田供电公司陈加良

摘要：作为绿色新能源的其中一张，风能已经成为我国最重要的绿色新能源。更点新能源的使用和运行对于我国电网电能质量也产生了直接且较大的影响。本文将会对风电新能源运行对我国电网电能质量产生的影响进行简单的研究。

关键词：风电新能源；电能质量；影响

一、我国风电新能源的开发情况及其运行特点（一）我国风电新能源的开发情况过去，我国的电源一直都是以煤电为主，但随着人们对于绿色新能源的重视程度越来越高，各国开始寻找新能源来替代传统的一次能源。根据相关的调查报告显示，截至2010年底，我国已经拥有802个风电场，共有风电机组32400台，装机容量达4146万kw，并网3828万kw，并网运营3131万kw。而随着我国对于风电新能源的投资不断增加，我国装机容量从2009年的世界排名第三，到2011年一跃为世界装机容量第一，这现象能够充分说明我国的风电新能源开发规模达到了新水平。在建造风电场的时候，选址的首要条件就是要选择具有“风”能源的所在地，例如我国的内蒙古、河北、辽宁、甘肃，以及吉林等地，这些省份和城市都成了我国投资风电新能源运行领域的热土。但是唯一的缺点就是，我国建造风电场的位置偏较为偏远。这主要是由于我国的风资源分布地与负荷中心隔着较远的距离，令电网传输的网架结构较为脆弱，令风电并网的电网输电能力在一定程度上，对风电外送造成一定的限制作用。

所以在我国如今对风电新能源进行大规模开发的情况下，还需要根据我国开发的实际情况，建设配套的风电送出构筑物和相关的工程项目，并对风电新能源的电网建设进行加强和完善工作。

（二）我国风电新能源的缺点由于目前风电新能源运行技术的水平尚浅，风能能量的储存量非常小在某程度上会令风能的蓄电成本更加高于煤炭发电的成本。而且一旦风能的能量储存量较小，将会令整个风电能源电网欠缺蓄电能力，不得不通过调节输出电量的方法收纳电量。而且风能的能量密度较小小，假设在风电能源和水电能源两者比较之下，在发电容量相等的条件下，风电能源在发电的时候，风力发电机所需要的风轮尺寸会比水轮机大几十倍。

再者，风能的稳定性差，不能够通过有效地控制而提高电网电能质量。风能属于过程性能源，风向和风速会发生不定向的改变，无法通过人为控制，从而难以对风力发电机进行有效的控制和调节，所以，风电能源所形成的电能呈现一定的波动性和随机变化。同时由于风能的不可控制的热性，令风电新能源的电网发电工作无法得到调度，更无法控制电网的负荷大小。同时，由于风电能源的能量储存量较小，令风轮机的发电效率低下。经过我国的实际工作可得，风轮机的理论最高发电效率约为60%，但是在实际的工作过程中，其实际发电效率比理论发电效率要低得多。垂直轴风轮机的最高实际发电效率约为30%-40%，而水平轴风轮机的最高实际发电效率则约为20%-50%。

二、风电新能源运行对我国电网电能质量的影响尽管风电新能源的运行工作无法通过人为的有效控制，但是实际上风电新能源的运行，对于我国的电网电能质量产生极大的影响，为我国的电网安全运行带来了全新的挑战和机遇：（一）电网调峰调频压力大大增加一般地，在电网运行的时候，为了确保电网运行的安全性和稳定性，及时电网处于最低工作符合的状态下，仍然需要确保电网中有一定的机组处于运行状态中。而传统的燃煤机组最低出力效率大约是40%的额定出力。目前我国电网的控制模式就是，在能够不调停大机组、电网处于最低工作负荷，以及风电机组出力最大的极端情况下，电网内部的燃煤机组的最低出力加上外来电的总和应该小于电网的最低工作负荷。但由于风电能源电网具有反调峰特性，冬季的夜间电网往往处于低工作负荷的状态，而且由于夜间属于大风时段，风电机组的出力快速增加。尤其是在我国北方，在冬季的时候，往往有70%以上的火电机组，需要承担供热任务，电网的调峰能力降低，调峰容量不足。

在我国的北方，冬季期间是电网调峰最困难的时期，这主要是由于北方城市在冬季具有一个供热期，令风电机组的出力也变得比较高。这时候，为了确保在我国北方城市能够正常供热，电网中的所有风电机组都需要全部进行发电运行，加上供热机组的最低出力已降低至火电机组出力的最低点。风电的间歇、波动特性要求电网必须有足够的调峰容量来平衡风电所产生的出力波动，但由于冬季负荷峰谷差最大，并且电力系统预留的调节裕度随着供热负荷的增加而逐步下降，这就导致整个电力系统没有足够的调峰容量来平衡大风时的风电出力，致使电网接纳风电的能力大大降低。

（二）电压控制难度提高由于风电机组在进行发电工作的时候，具有一定的不确定性和不可控性，令某部分地区大规模的风电机组系统的电压都出现了母线电压越限、电网电压波动，或者闪变等各种各样的问题。当大规模的风电机组接入电网之后，通常都会出现由于风电出力的大幅波动，从而导致电网的输电通道上的500kV枢纽节点的电压波动，这对于当地电网的电压控制和安全运行等工作都会产生直接的影响。同时，风力发电的随机性将会导致电网输电通道上的中枢点电压的波动增大，从而导致中枢点电压的越限概率也随之而增大，而这一影响的程度是和中枢点电压和风电场之间的距离相关，当中枢点电压距离风电场接入点越近的时候，这种情况的影响程度将会越明显。

（三）电网安全稳定运行风险增加风电机组属于低转速发电技术，当风速发生花边的时候，风电机组的转速也会随之而变化。所以，为了满足当地对于电力系统频率和电网电能质量的要求，一般的风电机组的设计都会采用变流和变频的发电技术。如果对于风电机组变流装置没有进行专门的发电设计的话，设计所得的电力系统的电压发生波动时，风电机组就会自动脱网，使从而导致电力供需的平衡被打破，系统的运行出现一定的风险。但是当风电机组在当地的电力系统中占有较小的比重的时候，风电机组出现自动脱网的问题对于电力系统影响并不大。反之，当风电机组在电力系统中占有较大比重的时候，自动脱网的问题就会对电力系统的正常运行产生极大的影响。举个例子，在我国酒泉曾经发生过一次“脱电”事故。这次事故的出现，导致酒泉附近的16个风电场的598台风电机组脱网，损失出力84万千瓦，占事故前酒泉地区风电出力的一半以上。

三、完善措施风机具备低电压穿越能力是防止风机受电压波动脱网的重要措施，风机不具备低电压穿越能力的话，在电网电压跌落的时候，风机会自动脱网，而且在电压回复正常之后也不能并网，再次并网需要花费大量的财力人力来进行恢复，且造成巨大的能源浪费，具备低压穿越的风机克服了这种缺陷，现在国家电网已经制定了一系列标准来规范低压穿越。其次，SVG是风电场无功补偿领域的重要技术分支，它由于能适应风电场的快速补偿要求，在国内风电场的应用也逐步增多，随着技术的发展和完善，SVG的优势将越发明显，对于风电场的无功补偿的研究，依照电网风电场并网运行重点问题整改措施，风电场要加装无功补偿装置在线监测模块，对无功补偿装置运行状态进行监测。

四、结言随着我国市场经济的不断发展，大型的风力发电机组正不断投入，并进行发电运行。这些都标志着我国的风电新能运的开发事业正逐渐迈向新高峰，甚至在某些城市和地区，风电新能源已经成为了当地发电的主要方式。足以可见，风电新能源的运行情况，将会直接对我国的电网电能质量产生影响。为了确保我国的风电新能源能够正常、稳定地工作，必须要对风电新能源运行对我国的电网电能质量所产生的负面影响进行控制，不断完善风电能源开发的技术问题，才能确保我国的风电新能源开发领域取得一席地。

参考文献：[1]张全成.张永明.林钧斌等.风电新能源发展与并网技术分析评价[J].上海节能.2011（03）：19-23[2]马飞.王宏华.并网风电系统功率因数校正技术的发展[J].机械制造与自动化.2012.41（06）：156-159[3]周清.完善促进新能源产业发展的财税制度安排[J].经济研究参考.2011（48）：33-35