风力发电对电力系统的影响

风力发电对电力系统的影响

李雪峰

中国大唐集团新能源有限公司辽宁分公司 辽宁 朝阳 122 3 00

摘要：随着地球不可再生资源的日益枯竭，传统的发电模式已经不再是将来主流发电技术的理想之选。并且，随着我国城市化进程全面深化，当代社会社会生产自己人们的生活对电力的稳定性和质量要求越来越高，传统的发电模式无法兼顾每一位用电户的需求，在用电高峰期的时候也无法调整电力负荷，电压不稳的情况时有发生，一些偏远山区的供电状况更是差强人意。而分布式发电技术作为实现可持续化发展的技术产物，能够对某一区域内的用户进行专项供电，有效地解决传统供电模式的一些弊端，如停电、电压不稳等现象。此外分布式电站还具有建设维护成本低廉、安全性和可靠性兼顾、对环境破坏小的诸多优点。

关键词：风力发电；电力系统；影响作用

一、风电的发展

1.1风力发展的现状

我国已把可再生能源的开发和利用上升到了战略发展高度，能源结构优化是解决当前中国日趋严重化石燃料的时候和大气污染问题的主要办法之一。我国技术比较成熟和利用最早的可再生能源是水能，但存在开发周期长和成本投资大的问题；目前，风能似乎已成为最具潜力的可再生清洁能源。

1.2我国风力发电产业的发展目标

我国风电装机规模快速增长，风电技术水平与日俱增，我国风电发展又出现了一些新的挑战。为了确保2030年可再生能源消费量将达到总体的20%的目标能够实现，促使能源结构转型升级及风电产业的健康发展，我国明确了发展风电的指导思想、基本原则、发展目标、建设布局、重点任务、创新发展方式及保障措施。

随着风电装机规模的快速增长和风电技术水平的不断提高，我国风电发展面临着一些新的挑战。为确保2030年可再生能源消费达到20%的总体目标，促进能源结构转型升级和风电产业健康发展，我国明确了指导思想、基本原则、发展目标、建设布局、重点任务，创新风电发展方式和保障措施。

二、风力发电对电力系统的影响及对策

2.1风速类型设计

为深入探究电力系统受风电机组的影响，本次实验研究设定４种风速类型，通过改变风速类型，判断风电机组在电力系统作用力中的变化大小，从而判断电力系统作业所受影响。类型１:将机组风速设置为切入风速，该风速模式中的风电机组未进入作业状态，测得机组作用力为零。类型２:将风机风速设置为低风速，该风速模式中的风电机组处于特定值情况下的作业状态，此时参数Ｑｆ＝０，测得系统中的负荷量为基本负荷。类型３:将风机风速设置为高风速，该风速模式中的风电机组同样处于特定值情况下的作业状态，此时参数Ｑｆ＝０，测得系统中的负荷量为基本负荷。类型４:该风速类型与类型３相似，但是系统负荷量偏低，仅占据基本负荷的３０％。其中，类型１中的风机未投入运行，其他３种类型风机风速处于额定风速与切入风速数值之间。

2.2风电场注入最大功率的影响因素

风电场的最大注入功率由系统的网络结构、风机的运行特性和其他发电设备的调节能力决定。主要的因素有:风电场并网点负载能力的强弱，电网与风电场的连接方式，系统中其他机组的调节能力，电网的无功储备情况，风电机组的类型，地区负荷特性等。风电场接入区域的中心点电压水平、风电系统的负荷、风电场的无功补偿能力以及风电场接入系统的联络线的Ｘ/Ｒ是制约异步发电机最大注入功率的因素。为了提高风电场的最大注入功率，可以提高电压调节能力，适当利用小Ｘ/Ｒ联络线，增加风电场的无功补偿。

2.3改善电能质量问题

１.改善电网结构

公共连接点的短路比和线路的Ｘ/Ｒ比也是影响风力发电机组电压波动和闪变的重要因素。公共连接点的短路比越大，电压闪变和波动越小。当电网线路的Ｘ/Ｒ比合适时，用无功功率引起的电压波动来补偿有功功率引起的电压波动，从而降低整个平均闪变值。

２.安装电力电子装置

当发电机组达到同步转速时，发电机闭合定子断路器，使发电机通过电流反馈对双向晶闸管导通角进行控制经一组双向晶闸管与电网连接，使双向晶闸管的触发角由１８０°向０°逐渐打开，双向晶闸管在并网过程结束后被短接。可以通过这种软启动方式，使并网过程比较平滑，可以将冲击电流在风电机组并网时限制在１.２~１.５倍额定电流以内。当发电机组达到同步转速时，发电机闭合定子断路器，使发电机通过电流反馈控制双向晶闸管的导通角，并通过一组双向晶闸管与电网连接，使双向晶闸管的触发角从１８０°逐渐开至０°并在并网过程结束后使双向晶闸管短接。通过这种软启动方式，并网过程比较平稳，风机并网时冲击电流可限制在额定电流的１.２~１.５倍以内。

2.4对保护的影响

为了延长风机接触器寿命，风机在始终保持并网状态，当起动风速接近时，允许出现风电机组以电动机方式短时运行，这确定了风机潮流不固定的性质。所以要充分考虑继电保护装置的整定和配置。当风电机组三相短路故障在短距离内发生时，故障电流是断断续续的特点，在不对称故障时提供的短路电流也有限。这种情况增加了风电场保护检测故障的技术难度，也可能影响原有配电网保护装置的正确运行，这在最初配电网的保护配置和整定时没有考虑到。

三、风力发电优化技术

3.1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。

3.2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。

3.3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。

四、结束语

总而言之，在实际管理机制建立过程中，要结合实际管控措施，保证风电场保护机制的有效性，依托配电网保护机制，提高孤立保护项目的实效性，升级保护措施实效性的同时，为风电场管理体系的整合以及配电网保护项目升级奠定坚实基础。

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