張繼陽 楊捷 仝戰(zhàn)營

摘 要：風能是可再生能源，隨著新型風力發(fā)電設備的研發(fā)，風電的利用效率也在不斷提高。但是由于風能本身具有不穩(wěn)定性，當大量并入電網(wǎng)時，會對電網(wǎng)產(chǎn)生波動，對電能質量產(chǎn)生沖擊。為了研究風電并網(wǎng)對電能質量的影響，本文詳細闡述了風能對電網(wǎng)電壓、頻率、波形等產(chǎn)生的影響，最后提出了優(yōu)化措施和對策。

關鍵詞：風電;電能質量;電力供應;電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM614文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）16-0143-02

Abstract： Wind energy is a renewable energy source. With the continuous development of new wind power generation equipment， the efficiency of wind power utilization is constantly improving. However， due to the inherent instability of wind energy， when it is largely integrated into the power grid， it will fluctuate to the power grid and have an impact on power quality. However， In order to study the influence of wind power grid-connected on power quality， elaborates the influence of wind energy on grid voltage， frequency and waveform. Finally， the optimization measures and countermeasures are put forward.

Keywords： wind power;power quality;power supply;power system

隨著傳統(tǒng)能源的長期開采，火電這一發(fā)電形式因為能源限制，發(fā)展受到了一定影響。由此，風力發(fā)電快速發(fā)展，風能成為新的能源利用形式。在我國，由于技術限制，對發(fā)電設備的研制比較晚，但是，國家政策支持和社會需求提升有力支撐著風能發(fā)電的高速發(fā)展。目前，風電裝機容量在大幅提高，風電在整個系統(tǒng)中的占比也在不斷攀升。由此，大量風電并網(wǎng)對電能質量的影響也不斷凸顯出來，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)電壓出現(xiàn)偏差、電網(wǎng)電壓跳變波動和電網(wǎng)諧波等。

1 風電并網(wǎng)對電能質量的影響

1.1 風電并網(wǎng)引起的無功電壓問題

配電系統(tǒng)對電能的輸送受到風電特性的影響，風能的隨機性和不穩(wěn)定性時刻影響線路中有功功率的穩(wěn)定。有功功率的變化會引起電網(wǎng)線路充電功率上下沖擊，進而使電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生波動，進一步對電能質量造成影響。由于電網(wǎng)中配置了動態(tài)無功補償設備SVC/SVG裝置，可以對系統(tǒng)中的無功功率起到一種平衡作用，但是由于受到無功分層平衡原則的限制，無法滿足整個系統(tǒng)的無功需求，在風電場送出線路中產(chǎn)生的無功電壓和由風電基地輸送線路產(chǎn)生的無功電壓問題還得不到有效解決，從而大規(guī)模風電基地無功電壓控制矛盾突出。

1.2 風電并網(wǎng)引起的諧波問題

在并網(wǎng)風電系統(tǒng)中，風電機組本身也會產(chǎn)生一定的諧波，但是由于諧波量比較少，對整個系統(tǒng)不會造成嚴重干擾，從而其自身的諧波可以忽略不記。然而風電系統(tǒng)是由大量的電力電子元件組成的，其中，多個元件是非線性的，向系統(tǒng)中輸入大量的諧波，影響了電能質量。定速風電機組中的電力電子元件沒有參與持續(xù)運行過程，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行不產(chǎn)生諧波污染。而風電機組中的變速恒頻系統(tǒng)是由多種大容量的電力電子設備組成，在正常向電力系統(tǒng)中傳送有功功率的同時，也產(chǎn)生了大量的諧波，干擾系統(tǒng)的安全運行。雙饋式異步電動機中的轉子繞組和定子繞組通過不同的方式接入交流電網(wǎng)，由于定子繞組采用交直交的變頻方式，電網(wǎng)的原始波形會和電動機產(chǎn)生的多余電能的波形進行疊加，進而對電網(wǎng)波形造成畸變，增加了電網(wǎng)的供電損耗[1]。風電機組的結構特征直接影響電能的諧波含量，大量的非線性和較大功率的元器件會產(chǎn)生多次諧波，直接輸入電網(wǎng)中，造成電網(wǎng)諧波量增加。電網(wǎng)中設備的使用壽命和運行效率直接受到風電產(chǎn)生的諧波電流干擾，無法滿足系統(tǒng)安全運行的需求。

1.3 風電并網(wǎng)引起電壓波動和閃變問題

對于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，大容量的沖擊性功率裝置是造成電壓波動和閃變的主要因素。而在風電系統(tǒng)中，主要是由于風的自身特性導致的電壓不穩(wěn)定。由于風速的不確定性，風速的變化會直接引起風電機組轉速變化，從而使風機的輸出功率產(chǎn)生震蕩，進一步引起電網(wǎng)電壓波動。電壓波動的出現(xiàn)引起了較為明顯的閃變情況。在風電機組并網(wǎng)過程中，由于變速機組對實際風能狀況的反應和恒速機組對具體風能的吸收狀況不同，風機的啟動、發(fā)電機的倒閘操作，會使風機輸出不穩(wěn)定的功率，從而在風電機組并網(wǎng)的節(jié)點處引起電壓波動和閃變。

風電并網(wǎng)對系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓波動和閃變問題是由多動因素共同作用的結果，比如，風電機組容量的差異性，風電機組在電網(wǎng)系統(tǒng)中的并聯(lián)模式以及風能的獨特性質等因素。電網(wǎng)電壓的波動會引起多種用電事故，使照明設備無法正常工作，干擾精密電子儀器的工作，影響電機設備的平穩(wěn)運行。

1.4 風電并網(wǎng)引起的電壓偏差問題

衡量電能質量好壞的重要指標包括電壓、頻率和波形等。電壓的好壞直接影響電能質量的安全可靠，在電力系統(tǒng)中，電壓偏差的情況是比較常見的穩(wěn)態(tài)問題。電網(wǎng)系統(tǒng)中的無功功率制約著電壓偏差的大小。在風電系統(tǒng)中，功率的傳輸波動比較大，且功率的傳輸和相鄰的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，所以在風電并網(wǎng)點，局部結點電壓發(fā)生變化的概率相對較大，定速風電機組由于是感應發(fā)電機裝配而成的，更容易發(fā)生電壓偏差等問題。電力系統(tǒng)功率的不平衡引起電壓偏差，在風電系統(tǒng)中，造成功率不平衡的因素有很多，隨著風力的不定變化，發(fā)電機組的輸出功率也在變化，電力系統(tǒng)的用戶側也在不停變化，風電機組運行方式的改變也會引起網(wǎng)絡結構變化，這些因素使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)偏差。雖然在電力系統(tǒng)中加有電容器補償裝置，由于在投切電容器的過程中，會出現(xiàn)一定的波動，而不是平滑的狀態(tài)，對系統(tǒng)不能完成精確補償，從而引起了電壓偏差，嚴重的情況下，甚至干擾電網(wǎng)的安全運行。

2 風電并網(wǎng)對電能質量影響的治理

風電并網(wǎng)在一定程度上干擾著電能的安全可靠傳輸，從而對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行也產(chǎn)生了一定影響，同時，用戶側對電能的使用體驗感下降。目前，風電在傳輸電能時，由于受到長距離的影響，在風電系統(tǒng)中自有的無功補償裝置無法滿足整個系統(tǒng)的需求，由于風速的不穩(wěn)定性，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成了較大干擾。系統(tǒng)中的無功補償裝置的規(guī)模有限，在電能受到威脅時，單純依靠投切電容器無法向系統(tǒng)中提供足夠的無功功率，因此，需要在風電場的并網(wǎng)連接點處增加動態(tài)無功補償裝置，通過變化的無功補償，隨時調整系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而增加動態(tài)的無功補償裝置。通過變化的無功補償，隨時調整系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而減小系統(tǒng)受到的影響，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)電能質量治理。為了緩解電壓偏差問題，改善電能質量，相關單位應從以下幾個方面加以優(yōu)化。如果風速變化引起的電壓偏差較小，這種干擾可以忽略不記;如果風速變化較大，對系統(tǒng)的干擾較為嚴重，引起電壓偏差較大的情況，可以通過調節(jié)風電功率的大小來緩解電網(wǎng)波動，也可以在系統(tǒng)中增加有效裝置來調節(jié)電壓的相序和幅值，從而起到調節(jié)電壓偏壓的作用。對于電網(wǎng)諧波和電壓波動問題，可以在電網(wǎng)中并聯(lián)補償裝置，如電容器、電抗器、靜止同步補償器、靜止無功補償裝置等。

3 結論與展望

風電的發(fā)展越來越快，由于受到風力資源的地域限制、用戶單位及用電市場的特殊分布規(guī)律，這些因素決定了風電的布局特點和輸配電方式。在偏遠地區(qū)，建設大型的風力發(fā)電場打破了以往的設計思路，但也有諸多關鍵問題急需解決[2]。大規(guī)模風電集中并網(wǎng)對電能質量的電壓、頻率和波形造成了一定影響，也會影響電力系統(tǒng)的安全運行，甚至造成嚴重的安全事故。通過一定的補償措施可以有效控制這些問題。因此，工作人員要不停探索，研究新的科學技術，進一步減小風電并網(wǎng)對電能質量的影響，保證電網(wǎng)的安全可靠運行。

參考文獻：

[1]遲永寧，李群英，李琰，等.大規(guī)模風電并網(wǎng)引起的電力系統(tǒng)運行與穩(wěn)定問題及對策[J].電力設備，2008（11）：16-19.

[2]周明，冉瑞江，李庚銀.風電并網(wǎng)系統(tǒng)可用輸電能力的評估[J].中國電機工程學報，2010（22）：14-21.