汪新浩　林琛林

（山東科技大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，山東青島　266590）

風(fēng)電接入電網(wǎng)造成的影響分析以及對策研究

汪新浩林琛林

（山東科技大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，山東青島266590）

隨著風(fēng)電裝機(jī)容量滲透率以及風(fēng)電跨區(qū)消納比的逐漸提高，風(fēng)電接入電網(wǎng)所造成的影響逐漸凸顯。本文從兩個(gè)方面對其影響進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)對電網(wǎng)穩(wěn)定性中的暫態(tài)穩(wěn)定性和LVRT問題以及電能質(zhì)量中的五個(gè)參數(shù)進(jìn)行了討論。針對存在的問題，本文給出了四條對策，為風(fēng)電與電網(wǎng)的健康、協(xié)同、有序的發(fā)展提供參考。

風(fēng)電電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定

1　引言

當(dāng)今，常規(guī)能源日益枯竭，同時(shí)，使用常規(guī)能源發(fā)電還造成了環(huán)境問題。由于風(fēng)能是可再生的清潔能源之一，因此，把風(fēng)能用于發(fā)電在各國都得到了迅猛的發(fā)展［1］。截至2013年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量世界第一，達(dá)到53MW。并據(jù)相關(guān)研究顯示，到2020年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量滲透率以及風(fēng)電跨區(qū)消納比將分別達(dá)到20%和50%［2］。隨著風(fēng)電滲透率的不斷增加，將會(huì)有更多的風(fēng)電接入電網(wǎng)，從而對電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展產(chǎn)生許多的影響，比如電網(wǎng)的穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、調(diào)峰等。

2　影響分析

風(fēng)力的大小決定著風(fēng)電機(jī)組的輸出電量，而風(fēng)力的隨機(jī)波動(dòng)會(huì)造成電機(jī)組的輸出電量的隨機(jī)波動(dòng)。當(dāng)越來越多的風(fēng)電接入到電網(wǎng)后，其對電網(wǎng)的影響日益凸顯。本節(jié)將從電網(wǎng)穩(wěn)定性與電能質(zhì)量兩個(gè)方面展開分析。

2.1電網(wǎng)穩(wěn)定性

電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。風(fēng)電接入電網(wǎng)將改變現(xiàn)有電網(wǎng)的潮流分布、系統(tǒng)慣量以及線路傳輸功率，從而干擾了電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)區(qū)域電網(wǎng)的魯棒性較強(qiáng)時(shí)，既使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，風(fēng)電機(jī)組也能夠在系統(tǒng)恢復(fù)后及時(shí)重建機(jī)端電壓并正常工作，從而保證了電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。如果區(qū)域電網(wǎng)的魯棒性較差，風(fēng)電機(jī)組不能在系統(tǒng)恢復(fù)后及時(shí)地恢復(fù)機(jī)端電壓，那么區(qū)域電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性將遭到破壞，在此情況下，可以把風(fēng)電機(jī)組從電網(wǎng)中切除或者使用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置來確保電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

風(fēng)電機(jī)組的LVRT（Low Voltage Ride Through，低電壓穿越）問題［3］。LVRT為：從風(fēng)電并網(wǎng)電壓下降到電網(wǎng)電壓恢復(fù)這段時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組仍可以保持并網(wǎng)狀態(tài)，甚至還可以向電網(wǎng)提供部分的無功功率，從而實(shí)現(xiàn)了低電壓時(shí)間的穿越。當(dāng)風(fēng)電所占比例較大時(shí)，如果風(fēng)電機(jī)組仍使用被動(dòng)保護(hù)解列的保護(hù)模式，不僅會(huì)提升系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至?xí)?dǎo)致區(qū)域電網(wǎng)電壓的崩潰以及系統(tǒng)內(nèi)其它機(jī)組的瓦解，在這種情況下，就要求風(fēng)電機(jī)組具有一定的LVRT能力，以確保區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

2.2電能質(zhì)量

電網(wǎng)的電能質(zhì)量也會(huì)受到風(fēng)電并網(wǎng)的影響。主要表現(xiàn)在對頻率、諧波、電壓、閃變等方面，而影響程度是與風(fēng)電場布置、線路參數(shù)、風(fēng)電機(jī)組的類型等因素有關(guān)。

（1）頻率。與常規(guī)能源相比，風(fēng)電的輸出功率具有間歇性的特點(diǎn)。那么當(dāng)間歇性的風(fēng)電接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)需要不停地調(diào)整電力潮流。這樣除了會(huì)影響電網(wǎng)的電壓以外，還會(huì)對系統(tǒng)的頻率特性產(chǎn)生影響。當(dāng)風(fēng)電的裝機(jī)容量達(dá)到一定比例后，必須采取一定的頻率控制手段，以增加總的調(diào)頻容量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。（2）諧波。電網(wǎng)中諧波產(chǎn)生的主要來源是功率變換器。風(fēng)電機(jī)組所包含的功率變換器產(chǎn)生的諧波將會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，而干擾的程度不僅與濾波器結(jié)構(gòu)以及變換器的構(gòu)造相關(guān)的，還與風(fēng)電的裝機(jī)容量、電網(wǎng)的短路容量等相關(guān)。（3）電壓波動(dòng)。風(fēng)速的波動(dòng)會(huì)造成風(fēng)電輸出功率的波動(dòng)，而這種波動(dòng)會(huì)造成電網(wǎng)中的某些節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)，如果波動(dòng)比較大時(shí)，電壓的偏差值將超過國家的允許值，從而嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。（4）電壓降落。當(dāng)風(fēng)電接入電網(wǎng)以后，風(fēng)電機(jī)組的突然啟動(dòng)將會(huì)造成電網(wǎng)電壓降落，尤其以固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組最為明顯。此外，風(fēng)的變化也會(huì)帶來電網(wǎng)電壓降落。（5）閃變。風(fēng)電接入電網(wǎng)還帶了閃變問題。而閃變問題的根源是風(fēng)電機(jī)組輸出功率的不停變化。輸出功率的變化范圍不僅與風(fēng)況以及湍流強(qiáng)度有關(guān)，還與塔應(yīng)效應(yīng)、風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速等相關(guān)。

3　對策研究

針對上述的不良影響，同時(shí)立足我國實(shí)際，本文給出以下四點(diǎn)對策。

（1）加大研發(fā)投入，提升風(fēng)機(jī)性能，完善產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)機(jī)性能的提升是解決風(fēng)電并網(wǎng)不良影響的有效途徑。為此，必須加大風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投入，提升核心零部件的性能指標(biāo)，以改善其LVRT能力以及功率調(diào)節(jié)能力。（2）優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加快新能源發(fā)展，提升電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力。立足現(xiàn)有電源結(jié)構(gòu)，加大常規(guī)電源的改造，充分發(fā)揮其調(diào)峰能力與調(diào)峰優(yōu)勢。同時(shí)，加快新能源發(fā)展，開發(fā)并推廣高效可靠的蓄能技術(shù)，逐步地提升電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的魯棒性的增強(qiáng)。（3）加強(qiáng)區(qū)域互聯(lián)，優(yōu)化跨區(qū)配置。加強(qiáng)區(qū)域互聯(lián)建設(shè)能夠更好地整合全網(wǎng)資源，同時(shí)，通過跨區(qū)配置優(yōu)化，使得電網(wǎng)能夠消納更多的風(fēng)電，從而促進(jìn)風(fēng)電的健康發(fā)展。（4）合理規(guī)劃，統(tǒng)籌發(fā)展。為了確保風(fēng)電的有序發(fā)展，必須對風(fēng)電開發(fā)與電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電發(fā)展以及配套工程的同步，做到同步投產(chǎn)同步收益，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的健康有序發(fā)展。

4　結(jié)語

本文首先從電網(wǎng)穩(wěn)定性與電能質(zhì)量兩個(gè)方面對風(fēng)電接入電網(wǎng)所造成的影響進(jìn)行分析，重點(diǎn)對電網(wǎng)穩(wěn)定性中的暫態(tài)穩(wěn)定性和低電壓穿越問題以及電能質(zhì)量中的頻率、諧波、電壓波動(dòng)、電壓降落和閃變進(jìn)行了討論。針對存在的問題，本文給出了加大研發(fā)投入，提升風(fēng)機(jī)性能，完善產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加快新能源發(fā)展，提升電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力；加強(qiáng)區(qū)域互聯(lián)，優(yōu)化跨區(qū)配置；合理規(guī)劃，統(tǒng)籌發(fā)展四條對策，從而為風(fēng)電與電網(wǎng)的健康、協(xié)同、有序的發(fā)展提供參考。

［1］European Wind Energy Association. Wind energy-the facts： a guide to the technology， economics and future of wind power［M］. Routledge， 2012.

［2］Council G W E. Global wind energy outlook 2012［J］. GWEC，2012， 5（5）：13-19.

［3］Zhang X， ZHANG L， YANG S， et al. Low Voltage Ride-through Technologies in Wind Turbine Generation ［J］. Proceedings of the Chinese Society of Universities for Electric Power System and its Automation， 2008，2（3）： 1-12.