試論風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)的影響

韓力強 郭靖

摘要：新能源發(fā)電對節(jié)能減排、解決能源危機具有重大意義，但對電力系統(tǒng)而言，新能源的接入是機遇與挑戰(zhàn)并存。如果風(fēng)電接入處理方式不夠合理，將會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。為了更好的對風(fēng)電接入進行控制，發(fā)揮其最大價值，加強風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)影響的研究意義重大。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電接入；電力系統(tǒng)；影響

1風(fēng)力接入的特點

風(fēng)電作為一種新型的電力能源，相比于傳統(tǒng)發(fā)電廠而言，既有與傳統(tǒng)發(fā)電廠相同的地方，又具備傳統(tǒng)發(fā)電廠所不具備的特殊性。我國的地理面積較為遼闊，其中地勢地貌也是多種多樣，總體來看，我國平原地區(qū)的面積在總面積中占比并不是很高，而在風(fēng)能發(fā)電的運作中，地理位置對于風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)生著重要的影響。對于山地高原等不平坦地勢來說，風(fēng)力發(fā)電廠的建立與運行會受到一些影響，比如，受到天氣影響，使風(fēng)能帶動電力運作的穩(wěn)定性大大降低，發(fā)電量會隨著風(fēng)能的波動而波動，而天氣對我們來說存在著很強的不可控性，這樣就無法保證風(fēng)能帶動電力的更好運作，加上各種各樣因素的影響，如“三北地區(qū)”風(fēng)資源最豐富，但較經(jīng)濟發(fā)達的東部地區(qū)來說，區(qū)域負荷較低，電網(wǎng)建設(shè)相對較薄弱，“棄風(fēng)”現(xiàn)象非常嚴(yán)重，全年可利用的風(fēng)力能源被大大減少，造成能源的浪費。

2分析風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)的影響

2.1風(fēng)電接入對電能質(zhì)量的影響

由于風(fēng)力發(fā)電的間歇性和波動性，給電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來了嚴(yán)重的影響，如電壓波動、電壓偏差和閃變、諧波等。目前，風(fēng)力發(fā)電對電能質(zhì)量的主要影響是電壓波動與閃變，而諧波的影響也不容忽視。風(fēng)電給系統(tǒng)給電網(wǎng)帶來諧波的途徑主要分為兩種：一是風(fēng)力發(fā)電機本身配有的電力電子裝置，如并聯(lián)電容與電抗元件發(fā)生諧振會放大諧波效應(yīng)。二是風(fēng)力發(fā)電機的無功補償裝置，如并聯(lián)電容器可能會和線路電抗發(fā)生諧振。

2.2風(fēng)電接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般在電網(wǎng)末端接入，改變了配電網(wǎng)傳統(tǒng)的單電源分布式結(jié)構(gòu)，使潮流流向和分布都發(fā)生了改變。隨著風(fēng)電注入功率的增大，可能會引起風(fēng)電場附近的局部電網(wǎng)電壓越限，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致電壓崩潰。傳統(tǒng)風(fēng)電場容量很小，一般都作為負荷不參與電力系統(tǒng)的控制，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，切除風(fēng)電機組保證風(fēng)電場和電網(wǎng)的安全。但是隨著風(fēng)電場滲透功率的不斷增大，風(fēng)電輸出的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的功率沖擊效應(yīng)也不斷增大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響就更加顯著，嚴(yán)重時將會使系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的瓦解。

2.3風(fēng)電接入對繼電保護的影響

風(fēng)電機組的頻繁投切會損壞接觸器，縮短接觸器的壽命，為了減少風(fēng)力發(fā)電機組的投切頻率，在有風(fēng)期間，風(fēng)力發(fā)電機都必須保持與電網(wǎng)相。而且當(dāng)風(fēng)速在啟動風(fēng)速附近波動時，允許風(fēng)力發(fā)電機短時電動機運行。因此，流過風(fēng)電場和電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的功率有時可能是雙向的。當(dāng)風(fēng)電場在電網(wǎng)末端接入配電網(wǎng)時，由于配電網(wǎng)采用的是三段式電流保護，盡管系統(tǒng)故障時風(fēng)力發(fā)電提供的短路電流有限，但是也有可能會影響配網(wǎng)的保護裝置的正確運行，所以風(fēng)電場的保護裝置的整定和配置需要考慮這種運行方式。

3減少風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)的不利影響的對策

3.1改善電能質(zhì)量

并網(wǎng)風(fēng)電場的公共連接點短路比SCR和電網(wǎng)的線路電抗、電阻比，即X/R比，是影響風(fēng)力發(fā)電引起的電壓波動和閃變的重要因素。SCR越大，風(fēng)力發(fā)電機組引起的電壓波動與閃變越小。如果電網(wǎng)線路X/R比合適，無功功率引起的電壓波動可以補償有功功率引起的電壓波動，從而減輕整個平均閃變值在風(fēng)電場設(shè)置合理的電容器組（或電抗器組）可以抑制電壓變動和電壓偏差。

3.2保護裝置的調(diào)整

風(fēng)電場接入配電網(wǎng)時，須考慮風(fēng)力發(fā)電提供的故障電流，需要重新配置和整定配電網(wǎng)保護；在進行風(fēng)電場保護裝置的整定和配置時，須考慮風(fēng)電場與電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線的功率流向。通常的做法是按照終端變電站的方案進行配置和整定。主要依靠配電網(wǎng)的保護來切除系統(tǒng)的故障，然后采用孤島保護、低電壓保護等措施，逐臺切除風(fēng)力發(fā)電機組，從而在故障期間斷開風(fēng)電場與系統(tǒng)的連接，而當(dāng)故障清除后，控制風(fēng)電場自動重新并網(wǎng)。但是對于今后大規(guī)模風(fēng)電場接入配電網(wǎng)的情況，這種方法會降低系統(tǒng)的可靠性。

3.3提高電壓穩(wěn)定性

風(fēng)電接入會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重干擾，為了降低其干擾程度，可以有多種方法進行控制。首先可以進行無功補償，這是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場接入到電網(wǎng)后提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要途徑。通過適當(dāng)?shù)脑黾与娙萜餮a償容量以后，能夠使電力設(shè)備出現(xiàn)短路障礙后的穩(wěn)定性能提高，當(dāng)進一步處理以后，可以改善整個系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。其次，可以通過采用雙饋異步類型的發(fā)電機。在現(xiàn)階段，風(fēng)電場使用頻率最高的風(fēng)電機就是雙饋異步發(fā)電機。在實際應(yīng)用過程中，該機組中的定子與電網(wǎng)直接相連，轉(zhuǎn)子通過雙PWM與電網(wǎng)相聯(lián)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子交流勵磁，通過坐標(biāo)變換就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的交流勵磁電流有功、無功解耦，實現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制，進而改變了功率的因數(shù)，不僅可以提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，同時還能夠省去了安裝無功補償裝置的環(huán)節(jié)。除此之外，還可以應(yīng)用合適的儲能裝置。由于超導(dǎo)儲能型的裝置具有相應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)能力強及轉(zhuǎn)換速率高等特點，不僅可以進行無功率的調(diào)節(jié)，還同時還可以進行有功、無功的控制，而且具有較高的靈活性通過降低輸出功率產(chǎn)生的波動，來提高電壓的穩(wěn)定性。

4結(jié)語

總之，從近些年我國新能源發(fā)展程度來看，風(fēng)電正以極其迅速的態(tài)勢進行著發(fā)展，主要表現(xiàn)在風(fēng)電場規(guī)模不斷的增加，風(fēng)電技術(shù)不斷地創(chuàng)新與研究，對于風(fēng)電的不斷發(fā)展，有關(guān)部門應(yīng)逐步完善監(jiān)督檢查體制，以確保電力系統(tǒng)正常的安全穩(wěn)定運行，并且掌握風(fēng)電可能會對電力系統(tǒng)造成的影響，進行更深層次的研究，將風(fēng)電對電力系統(tǒng)的干擾降到最低，保證電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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[4]風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和繼電保護的影響研究[J].相亞楠.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化.2017.

（作者單位：國家電投內(nèi)蒙古分公司）

作者簡介：

韓力強（1983.05.06），性別：男；籍貫：內(nèi)蒙古扎旗；民族：蒙古族；學(xué)歷：本科、；職稱：助理工程師；職務(wù)：風(fēng)電運維高級工；研究方向：電力系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電。

郭靖（1987.2.16），性別：男；籍貫：內(nèi)蒙古通遼；民族：蒙古族；學(xué)歷：本科、；職稱：助理工程師；職務(wù)：風(fēng)電運維高級工；研究方向：電力系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電。