黄鹏

摘要：电力系统是一个复杂的动态稳定系统。风电是一种间歇性、波动性电源，大规模风电的接入对电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。本文对大规模风电接入带来的问题进行综述，并提出了应对措施和需要进一步研究的课题。

关键词：风力发电;电力系统;暂态稳定;电压稳定;预测

一、风电对电力系统运行的影响

1.1对电能质量的影响

大型风电场的并网在一定程度上对电能质量会造成一定影响。风电机组的控制方式、类型、线路参数及系统容量等因素会影响到频率、谐波、电压暂降及闪变等方面。

1.1.1频率。

与常规电源的区别是风电场输出功率的间歇性问题，使得大型风电场所接入的电力系统的潮流常常处于重新分配的过程，影响电压和系统的频率。在一个地区，若风力发电的容量超过这个地区总装机容量的某个比例，就需要采取措施增加调频容量。其中有专家提出了用飞轮辅助，对风力发电—飞轮系统频率和功率综合控制方法。结果表明：风力发电—飞轮系统在飞轮的辅助下，可以按要求输出较为平稳的功率，并且能够参与电网的频率控制。

1.1.2谐波。发电机自身产生的谐波，不论对于何种风电机组而言，都是可以忽略的，风力发电机组中的电力电子元件是谐波电流的真正来源，其受干扰的程度取决于变流装置和滤波系统的结构。同时，还与风电机组的输出功率及电网的短路容量有关。在持续运行过程中，固定转速的风电机组没有电力电子元件的参与，一般不会产生谐波电流。由于运行过程中，变速恒频风电机组变流器一直处于工作状态，所以，实际中往往需要对谐波干扰进行考虑。合理设计滤波器以及使用PWM开关变流器，能够减小谐波的畸变。

1.1.3电压暂降

风电机组突然起动会引起电力系统的电压暂降，倘若固定转速的风电机组以感应电机作为其发电机，在运行时，引起的电压暂降往往较为严重。减小操作不当引起的电压暂降，常运用风电场管理系统来对机组起动的电压和出力进行控制，这种方法适用于各种类型的大风电机组的风电场。

1.1.4无功电压

在电网中，出现电压偏差，一般属于稳定问题。波动较大的风速会造成风电机组出力波动大，故风电功率波动引起电网内某节点电压偏差超出规定的限值。若出现这种状况，可以在风电场装设无功补偿装置来改善电压，或可以使得注入电网的风电功率相对减少，从而缓解对系统的影响。

1.2风电并网对继电保护的影响

大机组的风电场进行并网，对线路保护装置的靈敏度以及保护范围都会产生影响。图2所示为某线路发生故障时，风力发电对系统保护的影响。

如图2所示线路图，有一个风电机组连接在距离线路末端X处，在线路的末端发生了短路故障，这时故障点将会出现短路电流，相应地就减小了线路保护K所能够检测的故障电流值，降低了保护装置K的灵敏度。在系统线路中的个别位置，无法起动速断保护装置，这样就形成了速断保护的死区，线路的故障就不能得到及时的切除。当线路中出现并网点处于线路速断保护的死区时，若不改变保护系统，通过后备电流保护动作来切除故障，会大大增加对电网的影响。对速断保护整定值进行调整，则会造成过电流保护、速断以及其他控制装置间的无法协调，使保护误操作。

1.3风电并网对运行和电网调度的影响

1.3.1对系统运行成本的影响

与传统的火力发电相比，风力发电的运行成本非常低，带来的经济效益相对较为客观。但是风力发电具有间歇性和波动性的特点，使得风电场功率输出表现出较强的随机性现象，就目前的研究水平而言，预报水平不能够满足系统实际运行需要。为了保证系统的稳定性，风电并网要在原有基础上，采用一些容量的备用来保证功率平衡和稳定。由此可知，风电并网对系统主要存在两个方面的影响：①分担了机组的一部分负荷，减少了系统燃料成本的代价。②在某种程度上增加了系统的可靠性成本。

1.3.2对电网运行调度的影响

风电并网所带来的调度问题主要是风的间歇性与随机性所造成的。目前的研究远不能合理地预测风电功率，并网地区的系统常常预留一些备用容量来平衡风电功率引起的波动。若可以在一定精度上预测风电功率，就可以按照传统的系统调度方式，根据所预测的风电功率，合理地安排各机组的发电计划，降低电网运行的费用。

二、对风电并网的分析及抑制措施

2.1电网消纳风电能力分析

电网对风电能力的消纳受其电力平衡和安全稳定运行能力的约束。目前，对风电影响能力的消纳主要因素是电力平衡，风电功率的预测现在还不能计入电力平衡，消纳能力主要靠厂用负荷水平以及同步机组调峰容量决定。最大的厂用负荷水平以及同步机组最小技术出力会决定风电最大消纳能力;而最小厂用负荷水平以及同步机组最小技术出力将会决定风电最小消纳能力。

2.2加强风机低电压穿越能力

所谓的风机穿越故障能力指的是在系统出现故障，电压水平降低的状况下，风电场仍然可以并网运行并且能够保证系统的稳定。如北美的电力可靠委员会规定，装机2万kW以上风电场，风机所能承受故障电压为15%，持续时间625ms，时间恢复3000ms，还准备提出更高要求，即出现故障电压为零时，持续时间167ms。

2.3加强风电并网安全稳定研究

需要进一步开展研究风电并网对系统的影响，以确定风电消纳能力。目前对于风电机组的研究也只是局限于双馈机组、异步机组和直驱机组的模型以及参数。由于各个公司生产的风电机组存在差异，尤其控制系统的设计差异较大，为了更准确地进行机组模型的仿真，需要开展风电机组的建模工作和参数测试。开展对其控制系统的仿真，逐步使得所制订的模型标准化，同时使得各个风电机组厂家生产的机组能够标准化。

2.4深入風电场安全技术研究

1）推进风电机组通过恒电压控制方式进行机组无功出力的调节和改造工作。2）继续推进风电场无功功率和有功功率自动控制工作，从而使得风电场出力能够根据系统的负荷进行调峰，风电场无功功率可以根据系统电压的要求进行调压。3）加强风电安全的可控性，风电机组控制系统可以加入判断逻辑，电压或频率导致风电机组出现脱网时，可以实现自动的并网。4）深入研究风电机组频率、电压、三相不一致保护和低电压穿越功能，自动重合闸和系统保护的相互配合，深入开展风电机组低压穿越能力的研究、改造，防止风电机组脱网对系统造成大的冲击。

三、结语

本文论述了风力发电发展的新特点，对大规模风电接入电网带来的问题进行了综述，针对这些问题，论述了开展风电场综合控制和风电功率预测研究的必要性。

参考文献

[1]张义斌，王伟胜，戴慧珠.基于P-V曲线的风电场接入系统稳态分析[J].电网技术，2004，28（23）：61-65.

[2]中国电力科学研究院.赤峰市电网风力发电接入能力研究[R].2007.

[3]CarsonW，Talor.电力系统电压稳定[M].王伟胜，译.北京：中国电力出版社，2002.

[4]曹娜，赵海翔，戴慧珠.常用风电机组并网运行时的无功与电压分析[J].电网技术，2006，30（22）：91-94.

[5]吴义纯，丁明，张立军.含风电场的电力系统潮流计算[J].中国电机工程学报，2005，25（4）：36-39.